构件、用于等离子体处理装置的构件、等离子体处理装置及聚焦环的制造方法
【专利摘要】本发明的多晶CaF2构件由下述组合体构成，所述组合体是将由CaF2构成的复数个多晶体压接而成的。
【专利说明】多晶CaF2构件、用于等离子体处理装置的构件、等离子体处理装置及聚焦环的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多晶CaF2构件、用于等离子体处理装置的构件、等离子体处理装置及聚焦环(focus ring)的制造方法。
【背景技术】
[0002]一直以来，作为用于半导体制造装置的耐等离子体构件，由复数个构件构成的聚焦环是已知的(例如专利文献1、2)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献1:日本特开2009-290087号公报
[0005]专利文献2:日本特开2011-3730号公报
【发明内容】
[0006]但是，存在将复数个构件接合时所使用的粘合剂或带构件成为污染源的问题。
[0007]根据本发明的第一实施方式，提供了一种多晶CaF2构件，其包括下述组合体，所述组合体是将包含CaF2的复数个多晶体压接而成的。
[0008]根据本发明的第二实施方式，对于第一实施方式的多晶CaF2构件而言,优选地,多晶体的晶粒的平均粒径为200 μ m以上。
[0009]根据本发明的第三实施方式，对于第一或第二实施方式的多晶CaF2构件而言，优选地，多晶体的相对密度为94.0%以上。
[0010]根据本发明的第四实施方式，提供了一种用于等离子体处理装置的构件，其包括第一实施方式?第三实施方式中的任一项实施方式的多晶CaF2构件。
[0011]根据本发明的第五实施方式，对用于等离子体处理装置的构件而言，第四实施方式的等离子体处理装置用构件为聚焦环。
[0012]根据本发明的第六实施方式，提供了一种等离子体处理装置，其包括第四或第五实施方式的用于等离子体处理装置的构件。
[0013]根据本发明的第七实施方式，提供了一种聚焦环的制造方法，所述制造方法包括:准备包含多晶CaF2的复数个零部件；和将素数个零部件彼此压接从而形成一个多晶CaF2构件。
[0014]根据本发明的第八实施方式，对于第七实施方式的聚焦环的制造方法而言，优选的是，将复数个零部件彼此压接时的保持温度为1000度以上、1200度以下。
[0015]根据本发明的第九实施方式，对于第八实施方式的聚焦环的制造方法而言，优选的是，将复数个零部件彼此压接时的加压力为0.9Mpa以上、1.8Mpa以下。
[0016]根据本发明的第十实施方式，对于第九实施方式的聚焦环的制造方法而言，优选的是，复数个零部件各自具有在进行压接时与其他零部件相接合的接合面，接合面的面粗糙度为1.0 μ m以下。
[0017]根据本发明，能够得到由复数个多晶体的接合面通过压接而接合形成的组合体构成的多晶CaF2构件，因此，可提供不存在由粘合剂或带构件产生的污染的聚焦环。
【专利附图】
【附图说明】
[0018][图1]是表示根据本发明的实施方式的聚焦环的外观的图。
[0019][图2]是具有聚焦环的等离子体处理装置的示意图。
[0020][图3]是表示在改变面粗糙度、保持温度和加压力的情况下的试样的压接结果的图。
【具体实施方式】
[0021]参照附图，对作为根据本发明的实施方式的多晶CaF2(氟化钙)构件的一个例子的聚焦环进行说明。本实施方式的聚焦环是在等离子体处理装置中使用的构件，其通过将由多晶CaF2制造的复数个零部件经压接而接合来制造。需要说明的是，对该实施方式进行具体的说明是为了更好地理解发明的主旨，只要没有特别指定，则并不限定本发明。
[0022]图1表示根据实施方式制得的聚焦环I的构成。如图1 (a)所示，聚焦环I是将三个零部件2接合而成的组合体，其形成为环状。构成聚焦环I的一个零部件2具有图1 (b)所示的形状。零部件2具有与其他零部件2相接合的接合面21、和层差部22，三个零部件2通过接合面21而接合，从而形成聚焦环I。聚焦环I是为了降低在使用等离子体处理装置对被处理物进行等离子体蚀刻时、因为不均匀的等离子体分布而引起的被处理物的蚀刻速度的不均匀性而设置在被处理物的周边的构件。此外，可以用层差部22支承被处理物，因此，聚焦环I也可以作为使被处理物移动时、进行操作时的支承物使用。被处理物在干蚀刻工序中暴露于等离子体时，聚焦环I也同样地暴露于等离子体而被蚀刻。因此，对聚焦环I要求高的耐蚀刻性。
[0023]形成聚焦环I的零部件2的个数并不限定为上述的三个，可根据聚焦环I的尺寸等由最合适的个数的零部件2形成。需要说明的是，对于聚焦环I的制造方法的详细说明将在后文中记述。
[0024]零部件2如上文所述由多晶CaF2制造得到，其具有优异的可加工性及耐腐蚀性。为使零部件2具有优异的可加工性，形成零部件2的多晶CaF2的相对密度被设定为94.0%以上。作为更优选的实施方式，能够使多晶CaF2的相对密度为99.0%以上。此外，为使零部件2具有耐腐蚀性，优选地，使形成零部件2的多晶CaF2的晶粒的平均粒径为200 μ m以上。
[0025]需要说明的是，本申请中的多晶CaF2的相对密度可如下求出:采用阿基米德法测定多晶CaF2的密度，将该多晶CaF2的密度相对于单晶CaF2的密度的比用百分比表示，将该百分比作为相对密度。此外，多晶CaF2的平均粒径可通过下述方法求出:使用扫描式电子显微镜(SEM)对I个试样的任意3处视野进行观察，按照JISR1670 “精细陶瓷的晶粒尺寸(grain size)测定方法”，计量各视野内的晶粒的长轴和短轴，取其平均值。
[0026]以下，对CaF2、单晶CaF2及多晶CaF2具有的性质进行说明。CaF2是与氟化物MgF2、BaFd@比潮解性低的、稳定的氟化物。此外，CaF2的耐氟等离子体性、耐HF(氟化氢)性、耐化学药品性、耐热性优异，因此，作为耐等离子体构件、坩埚构件是有效的。单晶CaF2在从高紫外区域到红外区域的范围均具有高透过率特性，因此可用作透镜材料。但是，由于单晶CaF2具有解理性(cleavage)，因此具有因振动或冲击而容易碎裂的性质。与之相对，多晶CaF2由微小的晶体结合构成，作为整体(bulk)不具有解理性，从这点来看比单晶CaF2更难碎裂。
[0027]接下来，对多晶CaF2的晶粒的平均粒径和耐腐蚀性之间的关系进行说明。关于多晶CaF2的晶粒的耐腐蚀性，对特别是对蚀刻的耐性(耐蚀刻性)进行说明。用于制造本实施方式的零部件2的多晶CaF2的晶粒的平均粒径为200 μ m以上。通过本申请的发明人的研究，明确发现，对于多晶CaF2而言，随着晶体粒径增大，耐腐蚀性变高，晶体粒径成为200 μ m以上时，耐腐蚀性饱和。由于蚀刻从晶体界面开始进行，因此，晶体粒径增大从而使得晶体界面减少的话，易于被蚀刻的界面将减少。因此，随着多晶CaF2的晶体粒径增大，耐腐蚀性变高。可推定为:通过使本实施方式中使用的多晶CaF2的晶粒的平均粒径为200 μ m以上，其耐腐蚀性成为接近于单晶CaF2所具有的耐腐蚀性。因此，实施方式中使用的多晶CaF2除具有无解理性的优点(多晶体所具有的优点)以外，还兼具耐腐蚀性优异的优点(单晶体所具有的优点)。
[0028]由具有上述特性的多晶CaF2构成的零部件2的制造方法如下所述。首先，如下进行操作，得到相对密度为94.0%以上、且晶粒的平均粒径为200 μ m以上的多晶CaF2。
[0029]CaF2的粉末原料的粒径(中位粒径)优选为3 μ m以下、更优选为0.5 μ m以下。CaF2的粉末原料的粒径大的情况下，优选预先用球磨机等粉碎后使用。
[0030]使用上述CaF2粉末原料，采用例如CIP法(冷静水各向同性加压)、浇铸法进行成型。CIP法是下述方法:通过压模(mold press)将CaF2粉末原料临时成型,将临时成型体真空封装(pack)后，设置在CIP装置上，通过于例如10MPa进行I分钟的压力保持，从而制成成型体。浇铸法是下述方法:将CaF2粉末原料和水混合从而制成浆料，将该浆料注入石膏模中，于例如室温静置48小时以上，得到成型体，然后将该成型体从石膏模中取出，于80°C在干燥炉中干燥48小时。
[0031]将通过上述工序得到的成型体导入真空烧结炉中，在真空气氛中进行烧结。出于致密化及防止CaF2氧化的目的，烧结工序时的真空度优选为1Pa以下。烧结工序中，将成型体于1400°C以下烧结6小时以上。需要说明的是，1400°C是CaF2的熔点以下的温度。结果，能够得到相对密度为94.0%以上、且晶粒的平均粒径为200 μ m以上的多晶CaF2的成型体。
[0032]接着，将多晶CaF2的成型体加工成所期望的形状。然后，通过机械加工进行研磨，使形成聚焦环I时的接合面(图1的符号21)的表面粗糙度Ra变为1.0 μ m以下。结果，制成零部件2。
[0033]使通过上述工序制造的一个零部件2的接合面21与其他零部件2的接合面21相接触，在真空气氛或惰性气体气氛中加热至规定的温度，以在接合面21的接触面上施加IMPa以上的负荷的方式对各零部件2进行加压。结果，制成图1所示的聚焦环I。通过将使用本实施方式的多晶CaF2制造得到的零部件2接合，聚焦环I的耐腐蚀性、可加工性优异，并且可容易地进行大型化。
[0034]图1 (c)是聚焦环I的变形例。图1 (C)所示的聚焦环100是将三个零部件200和三个零部件300 (共计六个零部件)接合而成的组合体。零部件200及零部件300具有图I (d)所示的形状。聚焦环100的径向上的零部件200的宽度LI和零部件300的宽度L2被设定为不同的长度，宽度L2比宽度LI大。零部件200彼此通过接合面201而接合，零部件300彼此通过接合面301而接合。此外，零部件200和零部件300通过接合面202和接合面302而接合。需要说明的是，通过将零部件300的宽度L2设定为比零部件200的宽度LI大，可以在与零部件300的接合面302为同一平面的面上设置未接合零部件200的面303。该未接合零部件200的面303作为聚焦环100的层差部而发挥作用。
[0035]为了形成聚焦环100，可以将六个零部件组装成聚焦环形状、然后同时压接该六个零部件；也可以形成由各零部件200构成的环状构件和由各零部件300构成的环状构件、然后将各所述环状构件以上下方式组合并进行压接。需要说明的是，形成聚焦环100的零部件200及300的个数并不限定于上述的六个，可根据聚焦环100的尺寸等由最合适的个数的零部件200及300形成。
[0036]图2是具有上述聚焦环I的等离子体处理装置的示意图。图2的等离子体处理装置10中，在腔室(chamber) 5内设置有上部电极8及下部电极9，所述腔室5具有气体供给口 6及气体排出口 7。在下部电极9的上表面，具有静电卡盘(chuck) 11和聚焦环1，所述静电卡盘11用于支承被处理物3。静电卡盘11以被聚焦环I环绕的方式配置，通过将被处理物3配置在静电卡盘11上，被处理物3的周边被聚焦环I环绕。
[0037]为了使用等离子体处理装置10对被处理物3进行等离子体蚀刻，首先，在对腔室5内进行了真空排气的状态下，从气体供给口 6供给蚀刻气体。此时，在上部电极8及下部电极9施加高频电压。在上部电极8及下部电极9之间形成的高频电场将蚀刻气体等离子体化，形成等离子体。利用该等离子体进行对被处理物3的蚀刻。
[0038]在如上所述进行对被处理物3的等离子体蚀刻期间，聚焦环I也与被处理物3同样地暴露于等离子体。因此，作为聚焦环I的材料，可优选使用耐腐蚀性优异的、根据本实施方式制得的多晶CaF2。以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定于以下实施例。
[0039][试样的制作]
[0040]准备中位粒径为32.7 μ m的CaF2粉末原料，使用球磨机进行粉碎处理，由此制备中位粒径为3μπι以下的原料。使用该原料，采用上文所述浇铸法进行成型。S卩，将0&&原料与水混合从而制作浆料，将该浆料注入石膏模中，于室温静置48小时以上，然后从石膏模中取出，在干燥炉内于80°C干燥48小时，制作成型体。
[0041]将得到的成型体在真空中于1250°C加热6小时，进行烧结。通过切断及磨削加工，将烧结后取出的成型体切成为试样尺寸为3mmX4mmX5mm的试样。然后,对试样的两面进行镜面研磨，使接合面的表面粗糙度Ra为0.16?1.64 μ m。
[0042](实施例1?8、比较例I?4)
[0043]将试样导入真空炉中，在使接合面接触的状态下施加负荷，使炉内气氛为1MPa以下。然后，经6小时升温至所期望的温度，通过在目标温度下保持，进行了试样的压接。将该目标温度称为保持温度。于保持温度的保持进行6小时，然后，进行冷却，取出试样。在改变了保持温度、加压力和试样的面粗糙度Ra的多种条件下，对试样是否压接进行了确认。
[0044]保持温度的下限为500°C。保持温度高于800°C时，试样变得易于压接。此外，高于1400°C时，试样熔化，因此将保持温度设定为1400°C以下，但是，高于1250°C时，对试样的原材料所具有的物性产生影响，因此保持温度优选不高于1250°C。因此，将压接试样时的保持温度设定为800°C?1200°C。
[0045]对试样施加的加压力越高，试样越易于压接。但是，加压力过高时，试样变得容易碎裂，并且制造装置的成本变高，因此加压力较低是优选的。因此，将使试样压接时的加压力设定为0.9?1.8MPa。
[0046]图3表示改变了面粗糙度Ra、保持温度和加压力的实施例1?8、比较例I?4的压接结果。如图3所示，实施例1?3显示了在保持温度为1200°C并且加压力为1.SMPa的条件下、改变试样的面粗糙度Ra的情况下的压接结果。实施例4?6显示了在保持温度为1200°C并且加压力为0.9MPa的条件下、改变试样的面粗糙度Ra的情况下的压接结果。实施例7、8及比较例I显示了在保持温度为1000°C并且加压力为0.9MPa的条件下、改变试样的面粗糙度Ra的情况下的压接结果。比较例2?4显示了在保持温度为800°C并且加压力为0.9MPa的条件下、改变试样的表面粗糙度Ra的情况下的压接结果。图3中，〇表示试样压接，X表示试样未压接。即，显示了实施例1?8的试样压接，比较例I?4未压接。
[0047]实施例4、7及比较例2中，各试样的面粗糙度Ra分别为0.16 μ m、0.19 μ m、0.17 μ m，可视为实质上相等的面粗糙度Ra。该情况下，如图3所示，比较例2的试样、即保持温度为800°C时，试样未压接。结果可知，保持温度的确优选为1000°C以上。
[0048]实施例7、8及比较例I中，在保持温度为1000°C、加压力为0.9MPa的条件下进行压接处理的情况下，表面粗糙度Ra为1.67 μ m的比较例I的试样未压接。结果可知，为进行压接处理，面粗糙度Ra越低，越优选。保持温度为1000°C以上的实施例1?8中，面粗糙度Ra最低的试样为实施例6的试样，其面粗糙度Ra为1.0 μ m。因此，为了使试样压接，接合面的面粗糙度Ra优选为1.0 μ m以下。
[0049]根据上述实施例1?8、比较例I?4的结果，将零部件2压接从而制造聚焦环I时，使保持温度为1000°c以上、使零部件2的接合面21的面粗糙度Ra为1.0 μ m以下是优选的。
[0050]使用由多晶CaF2构成的多个零部件2，根据图3所示的结果，可通过压接将零部件2的接合面21彼此接合从而制造聚焦环I。结果，不需使用粘合剂或带构件等将成为被处理物3的污染源的材料就能制造聚焦环I。
[0051]以用于等离子体处理装置的聚焦环为代表的耐等离子体构件存在伴随硅晶圆的大口径化而大型化的倾向。由CaF2制造大型的聚焦环时，为了形成环状，需要切去烧结过的材料的中心部，因此，存在材料利用率低、制造成品率变低、成本增大的问题。与之相对，通过将多个零部件2接合，能够防止材料利用率和制造成品率的降低，抑制成本的增加，使聚焦环I的大型化成为可能。
[0052]此外，零部件2由相对密度为94.0%以上、晶粒的平均粒径为200 μ m以上的多晶CaF2构成。因此，通过将所述零部件2接合，可以提供可加工性及耐腐蚀性优异的聚焦环I。
[0053]只要不损害本发明的特征，本发明并不受上述实施方式的限定，在本发明的技术思想的范围内可考虑到的其他实施方式也包含在本发明的范围内。
[0054]以下优先权基础申请的公开内容作为引用文本并入本申请中。
[0055]日本专利申请2012年第151367号(2012年7月5日申请)
[0056]附图标记说明
[0057]1、100…聚焦环；
[0058]2、200、300…零部件、10...等离子体处理装置
【权利要求】
1.一种多晶构件，其包括下述组合体，所述组合体是将包含的复数个多晶体压接而成的。
2.如权利要求1所述的多晶构件，其中，所述多晶体的晶粒的平均粒径为20011III以上。
3.如权利要求1或2所述的多晶构件，其中，所述多晶体的相对密度为94.0%以上。
4.一种用于等离子体处理装置的构件，其包括权利要求1?3中任一项所述的多晶 构件。
5.如权利要求4所述的用于等离子体处理装置的构件，其为聚焦环。
6.一种等离子体处理装置，其包括权利要求4或5所述的用于等离子体处理装置的构件。
7.一种聚焦环的制造方法，包括下述步骤: 准备包含多晶的复数个零部件；和 将所述复数个零部件彼此压接从而形成一个多晶构件。
8.如权利要求7所述的聚焦环的制造方法，其中，将所述复数个零部件彼此压接时的保持温度为1000度以上、1200度以下。
9.如权利要求8所述的聚焦环的制造方法，其中，将所述复数个零部件彼此压接时的加压力为0.91%以上、1.81%以下。
10.如权利要求9所述的聚焦环的制造方法，其中，所述复数个零部件各自具有在进行所述压接时与其他零部件相接合的接合面，所述接合面的面粗糙度为1.09 0以下。
【文档编号】B23K20/00GK104428271SQ201380035575
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年7月4日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】上原直保 申请人:株式会社尼康