構件、用于等離子體處理裝置的構件、等離子體處理裝置及聚焦環(huán)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的多晶CaF2構件由下述組合體構成，所述組合體是將由CaF2構成的復數個多晶體壓接而成的。
【專利說明】多晶CaF2構件、用于等離子體處理裝置的構件、等離子體處理裝置及聚焦環(huán)的制造方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶CaF2構件、用于等離子體處理裝置的構件、等離子體處理裝置及聚焦環(huán)(focus ring)的制造方法。

【背景技術】
[0002]一直以來，作為用于半導體制造裝置的耐等離子體構件，由復數個構件構成的聚焦環(huán)是已知的(例如專利文獻1、2)。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻1:日本特開2009-290087號公報
[0005]專利文獻2:日本特開2011-3730號公報


【發(fā)明內容】

[0006]但是，存在將復數個構件接合時所使用的粘合劑或帶構件成為污染源的問題。
[0007]根據本發(fā)明的第一實施方式，提供了一種多晶CaF2構件，其包括下述組合體，所述組合體是將包含CaF2的復數個多晶體壓接而成的。
[0008]根據本發(fā)明的第二實施方式，對于第一實施方式的多晶CaF2構件而言,優(yōu)選地,多晶體的晶粒的平均粒徑為200 μ m以上。
[0009]根據本發(fā)明的第三實施方式，對于第一或第二實施方式的多晶CaF2構件而言，優(yōu)選地，多晶體的相對密度為94.0%以上。
[0010]根據本發(fā)明的第四實施方式，提供了一種用于等離子體處理裝置的構件，其包括第一實施方式?第三實施方式中的任一項實施方式的多晶CaF2構件。
[0011]根據本發(fā)明的第五實施方式，對用于等離子體處理裝置的構件而言，第四實施方式的等離子體處理裝置用構件為聚焦環(huán)。
[0012]根據本發(fā)明的第六實施方式，提供了一種等離子體處理裝置，其包括第四或第五實施方式的用于等離子體處理裝置的構件。
[0013]根據本發(fā)明的第七實施方式，提供了一種聚焦環(huán)的制造方法，所述制造方法包括:準備包含多晶CaF2的復數個零部件；和將素數個零部件彼此壓接從而形成一個多晶CaF2構件。
[0014]根據本發(fā)明的第八實施方式，對于第七實施方式的聚焦環(huán)的制造方法而言，優(yōu)選的是，將復數個零部件彼此壓接時的保持溫度為1000度以上、1200度以下。
[0015]根據本發(fā)明的第九實施方式，對于第八實施方式的聚焦環(huán)的制造方法而言，優(yōu)選的是，將復數個零部件彼此壓接時的加壓力為0.9Mpa以上、1.8Mpa以下。
[0016]根據本發(fā)明的第十實施方式，對于第九實施方式的聚焦環(huán)的制造方法而言，優(yōu)選的是，復數個零部件各自具有在進行壓接時與其他零部件相接合的接合面，接合面的面粗糙度為1.0 μ m以下。
[0017]根據本發(fā)明，能夠得到由復數個多晶體的接合面通過壓接而接合形成的組合體構成的多晶CaF2構件，因此，可提供不存在由粘合劑或帶構件產生的污染的聚焦環(huán)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018][圖1]是表示根據本發(fā)明的實施方式的聚焦環(huán)的外觀的圖。
[0019][圖2]是具有聚焦環(huán)的等離子體處理裝置的示意圖。
[0020][圖3]是表示在改變面粗糙度、保持溫度和加壓力的情況下的試樣的壓接結果的圖。

【具體實施方式】
[0021]參照附圖，對作為根據本發(fā)明的實施方式的多晶CaF2(氟化鈣)構件的一個例子的聚焦環(huán)進行說明。本實施方式的聚焦環(huán)是在等離子體處理裝置中使用的構件，其通過將由多晶CaF2制造的復數個零部件經壓接而接合來制造。需要說明的是，對該實施方式進行具體的說明是為了更好地理解發(fā)明的主旨，只要沒有特別指定，則并不限定本發(fā)明。
[0022]圖1表示根據實施方式制得的聚焦環(huán)I的構成。如圖1 (a)所示，聚焦環(huán)I是將三個零部件2接合而成的組合體，其形成為環(huán)狀。構成聚焦環(huán)I的一個零部件2具有圖1 (b)所示的形狀。零部件2具有與其他零部件2相接合的接合面21、和層差部22，三個零部件2通過接合面21而接合，從而形成聚焦環(huán)I。聚焦環(huán)I是為了降低在使用等離子體處理裝置對被處理物進行等離子體蝕刻時、因為不均勻的等離子體分布而引起的被處理物的蝕刻速度的不均勻性而設置在被處理物的周邊的構件。此外，可以用層差部22支承被處理物，因此，聚焦環(huán)I也可以作為使被處理物移動時、進行操作時的支承物使用。被處理物在干蝕刻工序中暴露于等離子體時，聚焦環(huán)I也同樣地暴露于等離子體而被蝕刻。因此，對聚焦環(huán)I要求高的耐蝕刻性。
[0023]形成聚焦環(huán)I的零部件2的個數并不限定為上述的三個，可根據聚焦環(huán)I的尺寸等由最合適的個數的零部件2形成。需要說明的是，對于聚焦環(huán)I的制造方法的詳細說明將在后文中記述。
[0024]零部件2如上文所述由多晶CaF2制造得到，其具有優(yōu)異的可加工性及耐腐蝕性。為使零部件2具有優(yōu)異的可加工性，形成零部件2的多晶CaF2的相對密度被設定為94.0%以上。作為更優(yōu)選的實施方式，能夠使多晶CaF2的相對密度為99.0%以上。此外，為使零部件2具有耐腐蝕性，優(yōu)選地，使形成零部件2的多晶CaF2的晶粒的平均粒徑為200 μ m以上。
[0025]需要說明的是，本申請中的多晶CaF2的相對密度可如下求出:采用阿基米德法測定多晶CaF2的密度，將該多晶CaF2的密度相對于單晶CaF2的密度的比用百分比表示，將該百分比作為相對密度。此外，多晶CaF2的平均粒徑可通過下述方法求出:使用掃描式電子顯微鏡(SEM)對I個試樣的任意3處視野進行觀察，按照JISR1670 “精細陶瓷的晶粒尺寸(grain size)測定方法”，計量各視野內的晶粒的長軸和短軸，取其平均值。
[0026]以下，對CaF2、單晶CaF2及多晶CaF2具有的性質進行說明。CaF2是與氟化物MgF2、BaFd@比潮解性低的、穩(wěn)定的氟化物。此外，CaF2的耐氟等離子體性、耐HF(氟化氫)性、耐化學藥品性、耐熱性優(yōu)異，因此，作為耐等離子體構件、坩堝構件是有效的。單晶CaF2在從高紫外區(qū)域到紅外區(qū)域的范圍均具有高透過率特性，因此可用作透鏡材料。但是，由于單晶CaF2具有解理性(cleavage)，因此具有因振動或沖擊而容易碎裂的性質。與之相對，多晶CaF2由微小的晶體結合構成，作為整體(bulk)不具有解理性，從這點來看比單晶CaF2更難碎裂。
[0027]接下來，對多晶CaF2的晶粒的平均粒徑和耐腐蝕性之間的關系進行說明。關于多晶CaF2的晶粒的耐腐蝕性，對特別是對蝕刻的耐性(耐蝕刻性)進行說明。用于制造本實施方式的零部件2的多晶CaF2的晶粒的平均粒徑為200 μ m以上。通過本申請的發(fā)明人的研究，明確發(fā)現，對于多晶CaF2而言，隨著晶體粒徑增大，耐腐蝕性變高，晶體粒徑成為200 μ m以上時，耐腐蝕性飽和。由于蝕刻從晶體界面開始進行，因此，晶體粒徑增大從而使得晶體界面減少的話，易于被蝕刻的界面將減少。因此，隨著多晶CaF2的晶體粒徑增大，耐腐蝕性變高?？赏贫?通過使本實施方式中使用的多晶CaF2的晶粒的平均粒徑為200 μ m以上，其耐腐蝕性成為接近于單晶CaF2所具有的耐腐蝕性。因此，實施方式中使用的多晶CaF2除具有無解理性的優(yōu)點(多晶體所具有的優(yōu)點)以外，還兼具耐腐蝕性優(yōu)異的優(yōu)點(單晶體所具有的優(yōu)點)。
[0028]由具有上述特性的多晶CaF2構成的零部件2的制造方法如下所述。首先，如下進行操作，得到相對密度為94.0%以上、且晶粒的平均粒徑為200 μ m以上的多晶CaF2。
[0029]CaF2的粉末原料的粒徑(中位粒徑)優(yōu)選為3 μ m以下、更優(yōu)選為0.5 μ m以下。CaF2的粉末原料的粒徑大的情況下，優(yōu)選預先用球磨機等粉碎后使用。
[0030]使用上述CaF2粉末原料，采用例如CIP法(冷靜水各向同性加壓)、澆鑄法進行成型。CIP法是下述方法:通過壓模(mold press)將CaF2粉末原料臨時成型,將臨時成型體真空封裝(pack)后，設置在CIP裝置上，通過于例如10MPa進行I分鐘的壓力保持，從而制成成型體。澆鑄法是下述方法:將CaF2粉末原料和水混合從而制成漿料，將該漿料注入石膏模中，于例如室溫靜置48小時以上，得到成型體，然后將該成型體從石膏模中取出，于80°C在干燥爐中干燥48小時。
[0031]將通過上述工序得到的成型體導入真空燒結爐中，在真空氣氛中進行燒結。出于致密化及防止CaF2氧化的目的，燒結工序時的真空度優(yōu)選為1Pa以下。燒結工序中，將成型體于1400°C以下燒結6小時以上。需要說明的是，1400°C是CaF2的熔點以下的溫度。結果，能夠得到相對密度為94.0%以上、且晶粒的平均粒徑為200 μ m以上的多晶CaF2的成型體。
[0032]接著，將多晶CaF2的成型體加工成所期望的形狀。然后，通過機械加工進行研磨，使形成聚焦環(huán)I時的接合面(圖1的符號21)的表面粗糙度Ra變?yōu)?.0 μ m以下。結果，制成零部件2。
[0033]使通過上述工序制造的一個零部件2的接合面21與其他零部件2的接合面21相接觸，在真空氣氛或惰性氣體氣氛中加熱至規(guī)定的溫度，以在接合面21的接觸面上施加IMPa以上的負荷的方式對各零部件2進行加壓。結果，制成圖1所示的聚焦環(huán)I。通過將使用本實施方式的多晶CaF2制造得到的零部件2接合，聚焦環(huán)I的耐腐蝕性、可加工性優(yōu)異，并且可容易地進行大型化。
[0034]圖1 (c)是聚焦環(huán)I的變形例。圖1 (C)所示的聚焦環(huán)100是將三個零部件200和三個零部件300 (共計六個零部件)接合而成的組合體。零部件200及零部件300具有圖I (d)所示的形狀。聚焦環(huán)100的徑向上的零部件200的寬度LI和零部件300的寬度L2被設定為不同的長度，寬度L2比寬度LI大。零部件200彼此通過接合面201而接合，零部件300彼此通過接合面301而接合。此外，零部件200和零部件300通過接合面202和接合面302而接合。需要說明的是，通過將零部件300的寬度L2設定為比零部件200的寬度LI大，可以在與零部件300的接合面302為同一平面的面上設置未接合零部件200的面303。該未接合零部件200的面303作為聚焦環(huán)100的層差部而發(fā)揮作用。
[0035]為了形成聚焦環(huán)100，可以將六個零部件組裝成聚焦環(huán)形狀、然后同時壓接該六個零部件；也可以形成由各零部件200構成的環(huán)狀構件和由各零部件300構成的環(huán)狀構件、然后將各所述環(huán)狀構件以上下方式組合并進行壓接。需要說明的是，形成聚焦環(huán)100的零部件200及300的個數并不限定于上述的六個，可根據聚焦環(huán)100的尺寸等由最合適的個數的零部件200及300形成。
[0036]圖2是具有上述聚焦環(huán)I的等離子體處理裝置的示意圖。圖2的等離子體處理裝置10中，在腔室(chamber) 5內設置有上部電極8及下部電極9，所述腔室5具有氣體供給口 6及氣體排出口 7。在下部電極9的上表面，具有靜電卡盤(chuck) 11和聚焦環(huán)1，所述靜電卡盤11用于支承被處理物3。靜電卡盤11以被聚焦環(huán)I環(huán)繞的方式配置，通過將被處理物3配置在靜電卡盤11上，被處理物3的周邊被聚焦環(huán)I環(huán)繞。
[0037]為了使用等離子體處理裝置10對被處理物3進行等離子體蝕刻，首先，在對腔室5內進行了真空排氣的狀態(tài)下，從氣體供給口 6供給蝕刻氣體。此時，在上部電極8及下部電極9施加高頻電壓。在上部電極8及下部電極9之間形成的高頻電場將蝕刻氣體等離子體化，形成等離子體。利用該等離子體進行對被處理物3的蝕刻。
[0038]在如上所述進行對被處理物3的等離子體蝕刻期間，聚焦環(huán)I也與被處理物3同樣地暴露于等離子體。因此，作為聚焦環(huán)I的材料，可優(yōu)選使用耐腐蝕性優(yōu)異的、根據本實施方式制得的多晶CaF2。以下，通過實施例對本發(fā)明進行更具體的說明，但本發(fā)明并不限定于以下實施例。
[0039][試樣的制作]
[0040]準備中位粒徑為32.7 μ m的CaF2粉末原料，使用球磨機進行粉碎處理，由此制備中位粒徑為3μπι以下的原料。使用該原料，采用上文所述澆鑄法進行成型。S卩，將0&&原料與水混合從而制作漿料，將該漿料注入石膏模中，于室溫靜置48小時以上，然后從石膏模中取出，在干燥爐內于80°C干燥48小時，制作成型體。
[0041]將得到的成型體在真空中于1250°C加熱6小時，進行燒結。通過切斷及磨削加工，將燒結后取出的成型體切成為試樣尺寸為3mmX4mmX5mm的試樣。然后,對試樣的兩面進行鏡面研磨，使接合面的表面粗糙度Ra為0.16?1.64 μ m。
[0042](實施例1?8、比較例I?4)
[0043]將試樣導入真空爐中，在使接合面接觸的狀態(tài)下施加負荷，使爐內氣氛為1MPa以下。然后，經6小時升溫至所期望的溫度，通過在目標溫度下保持，進行了試樣的壓接。將該目標溫度稱為保持溫度。于保持溫度的保持進行6小時，然后，進行冷卻，取出試樣。在改變了保持溫度、加壓力和試樣的面粗糙度Ra的多種條件下，對試樣是否壓接進行了確認。
[0044]保持溫度的下限為500°C。保持溫度高于800°C時，試樣變得易于壓接。此外，高于1400°C時，試樣熔化，因此將保持溫度設定為1400°C以下，但是，高于1250°C時，對試樣的原材料所具有的物性產生影響，因此保持溫度優(yōu)選不高于1250°C。因此，將壓接試樣時的保持溫度設定為800°C?1200°C。
[0045]對試樣施加的加壓力越高，試樣越易于壓接。但是，加壓力過高時，試樣變得容易碎裂，并且制造裝置的成本變高，因此加壓力較低是優(yōu)選的。因此，將使試樣壓接時的加壓力設定為0.9?1.8MPa。
[0046]圖3表示改變了面粗糙度Ra、保持溫度和加壓力的實施例1?8、比較例I?4的壓接結果。如圖3所示，實施例1?3顯示了在保持溫度為1200°C并且加壓力為1.SMPa的條件下、改變試樣的面粗糙度Ra的情況下的壓接結果。實施例4?6顯示了在保持溫度為1200°C并且加壓力為0.9MPa的條件下、改變試樣的面粗糙度Ra的情況下的壓接結果。實施例7、8及比較例I顯示了在保持溫度為1000°C并且加壓力為0.9MPa的條件下、改變試樣的面粗糙度Ra的情況下的壓接結果。比較例2?4顯示了在保持溫度為800°C并且加壓力為0.9MPa的條件下、改變試樣的表面粗糙度Ra的情況下的壓接結果。圖3中，〇表示試樣壓接，X表示試樣未壓接。即，顯示了實施例1?8的試樣壓接，比較例I?4未壓接。
[0047]實施例4、7及比較例2中，各試樣的面粗糙度Ra分別為0.16 μ m、0.19 μ m、0.17 μ m，可視為實質上相等的面粗糙度Ra。該情況下，如圖3所示，比較例2的試樣、即保持溫度為800°C時，試樣未壓接。結果可知，保持溫度的確優(yōu)選為1000°C以上。
[0048]實施例7、8及比較例I中，在保持溫度為1000°C、加壓力為0.9MPa的條件下進行壓接處理的情況下，表面粗糙度Ra為1.67 μ m的比較例I的試樣未壓接。結果可知，為進行壓接處理，面粗糙度Ra越低，越優(yōu)選。保持溫度為1000°C以上的實施例1?8中，面粗糙度Ra最低的試樣為實施例6的試樣，其面粗糙度Ra為1.0 μ m。因此，為了使試樣壓接，接合面的面粗糙度Ra優(yōu)選為1.0 μ m以下。
[0049]根據上述實施例1?8、比較例I?4的結果，將零部件2壓接從而制造聚焦環(huán)I時，使保持溫度為1000°c以上、使零部件2的接合面21的面粗糙度Ra為1.0 μ m以下是優(yōu)選的。
[0050]使用由多晶CaF2構成的多個零部件2，根據圖3所示的結果，可通過壓接將零部件2的接合面21彼此接合從而制造聚焦環(huán)I。結果，不需使用粘合劑或帶構件等將成為被處理物3的污染源的材料就能制造聚焦環(huán)I。
[0051]以用于等離子體處理裝置的聚焦環(huán)為代表的耐等離子體構件存在伴隨硅晶圓的大口徑化而大型化的傾向。由CaF2制造大型的聚焦環(huán)時，為了形成環(huán)狀，需要切去燒結過的材料的中心部，因此，存在材料利用率低、制造成品率變低、成本增大的問題。與之相對，通過將多個零部件2接合，能夠防止材料利用率和制造成品率的降低，抑制成本的增加，使聚焦環(huán)I的大型化成為可能。
[0052]此外，零部件2由相對密度為94.0%以上、晶粒的平均粒徑為200 μ m以上的多晶CaF2構成。因此，通過將所述零部件2接合，可以提供可加工性及耐腐蝕性優(yōu)異的聚焦環(huán)I。
[0053]只要不損害本發(fā)明的特征，本發(fā)明并不受上述實施方式的限定，在本發(fā)明的技術思想的范圍內可考慮到的其他實施方式也包含在本發(fā)明的范圍內。
[0054]以下優(yōu)先權基礎申請的公開內容作為引用文本并入本申請中。
[0055]日本專利申請2012年第151367號(2012年7月5日申請)
[0056]附圖標記說明
[0057]1、100…聚焦環(huán)；
[0058]2、200、300…零部件、10...等離子體處理裝置
【權利要求】
1.一種多晶構件，其包括下述組合體，所述組合體是將包含的復數個多晶體壓接而成的。
2.如權利要求1所述的多晶構件，其中，所述多晶體的晶粒的平均粒徑為20011III以上。
3.如權利要求1或2所述的多晶構件，其中，所述多晶體的相對密度為94.0%以上。
4.一種用于等離子體處理裝置的構件，其包括權利要求1?3中任一項所述的多晶 構件。
5.如權利要求4所述的用于等離子體處理裝置的構件，其為聚焦環(huán)。
6.一種等離子體處理裝置，其包括權利要求4或5所述的用于等離子體處理裝置的構件。
7.一種聚焦環(huán)的制造方法，包括下述步驟: 準備包含多晶的復數個零部件；和 將所述復數個零部件彼此壓接從而形成一個多晶構件。
8.如權利要求7所述的聚焦環(huán)的制造方法，其中，將所述復數個零部件彼此壓接時的保持溫度為1000度以上、1200度以下。
9.如權利要求8所述的聚焦環(huán)的制造方法，其中，將所述復數個零部件彼此壓接時的加壓力為0.91%以上、1.81%以下。
10.如權利要求9所述的聚焦環(huán)的制造方法，其中，所述復數個零部件各自具有在進行所述壓接時與其他零部件相接合的接合面，所述接合面的面粗糙度為1.09 0以下。
【文檔編號】B23K20/00GK104428271SQ201380035575
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年7月4日 優(yōu)先權日:2012年7月5日
【發(fā)明者】上原直保 申請人:株式會社尼康