[发明专利]用于等离子体加工装置的脆性部件的延性模式钻孔方法

说明书

技术领域

本发明涉及对等离子体加工装置的部件进行机械加工，并且更确切地说，涉及一种在等离子体加工装置的部件中进行延性模式钻孔的方法。

背景技术

在半导体材料加工领域中，例如，使用包括真空加工腔室在内的半导体材料加工装置执行不同的工艺，诸如在衬底上进行蚀刻和使不同的材料沉积在衬底上以及抗蚀剂剥离。随着半导体技术不断发展，晶体管大小不断缩减，这就需要在晶片处理和工艺设备方面有越来越高的准确度、可重复性以及清洁度。存在不同类型的用于半导体加工的设备，所述半导体加工包括牵涉到使用等离子体的应用，诸如等离子体蚀刻、反应性离子蚀刻、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）以及抗蚀剂剥离。这些工艺所需类型的设备包括被设置在等离子体腔室内并且必须在该环境中运行的部件。等离子体腔室内部的环境可以包括暴露于等离子体、暴露于蚀刻剂气体以及热循环。用于这些部件的材料必须适合于承受所述腔室内的环境条件，并且也必须适合于对许多晶片进行加工，所述加工可以包括每块晶片的多个工艺步骤。为了有成本效益，这些部件必须经常要承受数百或数千次晶片循环，同时仍保持它们的功能性和清洁度。对于会产生颗粒的部件的容忍度一般极低，即使当这些颗粒很少并且不大于几十纳米时也是如此。还需要被选用于等离子体加工腔室内以通过最有成本效益的方式来满足这些要求的部件。

为了实现这个目的，对形成例如喷头电极的脆性（brittle）部件进行机械加工操作，诸如进行钻孔，以便形成穿过喷头电极的工艺气体输送孔。然而，在脆性部件中进行钻孔可能会在脆性部件的表面中产生小的几乎看不见的微裂纹。这些微裂纹或亚表面损伤会因脆性材料断裂而造成颗粒污染。

发明内容

本文公开了一种使用切割工具在等离子体加工装置的部件中进行延性模式钻孔的方法，其中所述部件由非金属的硬而脆性（hard and brittle）材料制成。所述方法包括通过在钻孔同时控制切割深度以在所述部件中钻出每个孔，从而使得一部分脆性材料经历高压相变并在切屑形成期间形成脆性材料的无定形部分。然后，从每个孔去除脆性材料的无定形部分，从而使得在所述部件中形成的每个孔的孔壁具有约0.2μm至0.8μm的因钻孔所致的表面粗糙度（Ra）。

附图说明

图1图示了半导体等离子体加工装置的喷头电极组件的一个实施方式。

图2图示了半导体等离子体加工装置的一个替代性实施方式。

图3A、3B图示了可以包括根据本文所公开的延性模式钻孔法所形成的孔的电介质窗和气体喷射器。

图4图示了由非金属的硬而脆性材料制成的部件的亚表面损伤模型。

图5图示了将切割深度与单晶硅喷头电极中延性模式钻出的孔的孔壁的损伤深度相比较的图表。

具体实施方式

本文公开了一种在等离子体加工装置的部件中进行延性模式钻孔的方法，其中所述部件由非金属的硬而脆性材料制成并且所述部件包括诸如气体喷射孔之类的孔。如本文所用，硬而脆性材料意指适于用作半导体加工腔室中的部件的陶瓷材料、含硅（含单晶硅或多晶硅）材料或石英材料，并且更确切地说，意指包括石英、硅、碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、碳化硼、氧化钇、氧化锆、金刚石等在内的材料。在正常条件下，半导体和陶瓷材料是硬而脆的，并且不容易发生塑性变形。用于等离子体加工装置中的合适部件由诸如硅和碳化硅之类的陶瓷材料和石英材料形成，并且可以包括喷头电极、气体分配构件以及气体喷射器。

为了实现使这些硬而脆性材料发生塑性变形（即延性模式），优选地使所述部件的一部分表面经历高压相变。延性模式钻孔可以利用通过对切割深度、进刀速率、啄孔距离、钻速以及施加于一部分部件上的压力进行控制而引起的小尺寸范围的延性塑性响应，使得所述部件的一部分硬而脆性材料的一部分经历高压相变，以形成脆性材料的无定形部分，从而可以将脆性材料中发生塑性变形（无定形）的部分去除。将脆性材料中发生塑性变形的部分去除会形成部件中的每个孔，其中所述部件优选地包括用于将工艺气体输送到等离子体加工装置的加工区域中的多个孔。