CN1557018A - 等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制了使用初期的微粒产生和其后的碎屑产生的等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有该石英部件的等离子体处理装置。利用例如粒度为320～400#的磨料进行表面加工，除去在进行金刚石研磨以后在用作屏蔽环和聚焦环等的等离子体处理装置用石英部件151上产生的许多裂纹155。然后，再用小粒径的磨料进行表面加工，在维持能够附着并保持堆积物的凹凸的同时，去除破碎层163。

Description

等离子体处理装置用石英部件的加工方法、 等离子体处理装置用石英部件和安装有 等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置，特别是涉及不会形成成为由于曝露于等离子体之中而产生微粒(particle)的原因的破碎层的等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置。
背景技术
作为在处理容器内产生等离子体、并在被处理体上进行规定处理的等离子体处理装置的一个例子，有一种等离子体处理装置，其结构是，在处理容器内相对向地配置上部电极和下部电极，在此相对的电极之间导入处理气体，在上部电极和下部电极上施加高频电力，产生等离子体，从而对被处理体进行处理。
在如上所述的等离子体处理装置中，为了提高对被处理体的处理效率，在上部电极和下部电极的周边上配置了绝缘材料，将等离子体封闭在被处理体的上方。此绝缘材料一般使用石英。
然而，在处理容器内使用该石英材料时，无法避免被蚀刻掉的物质堆积在表面上，若要剥离此堆积的物质，就存在污染被处理体表面的危险。因此，要通过使用磨料在表面上进行表面加工等，使得石英部件形成用于吸着并保持住堆积物的凹凸。
但是，存在下述这样的问题，即，在石英部件的使用初期，当曝露在等离子体中时，表面被侵蚀，产生的石英在处理容器内成为粉尘，成为产生附着在被处理体表面上的微粒的原因，降低了被处理体的成品率。
另外，也存在着下述这样的问题，即，在使用了一定的时间以后，当堆积物附着在石英部件表面的微细龟裂部时，在开放的大气中，在被保持的堆积物膨胀时，会发生石英表面层被剥下的现象。
图5是表示施行现有的表面加工的石英部件表面变化的示意性剖面图。目前，利用金刚石研磨进行加工的石英部件，为了吸着并保持堆积物，由例如粒度为360#的磨料进行表面加工处理。
图5(a)是表示在等离子体处理装置内的使用前的石英部件剖面的示意图。这样，通过电子显微镜的观察可以看出，在石英部件51的表面53上，通过用磨料进行表面加工产生了微裂纹55，形成了破碎层。
当在等离子体处理装置内使用该石英部件51时，在使用初期，表面的破碎层被侵蚀而成为粉尘，成为产生微粒的原因。如图5(b)所示，当从被处理体上被蚀刻下来的材料附着成为堆积物57时，该堆积物57就会侵入到微裂纹55的内部，如图5(c)所示，在大气开放时会发生膨胀，就会产生裂纹59，其产生的原因就是微裂纹55。
而且，如图5(d)所示，堆积物57剥离掉石英部件51的表面，就引起了碎屑61，存在污染被处理体表面、并降低成品率的危险。
发明内容
本发明是鉴于现有的等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置所具有的上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种可以防止在使用初期产生石英部件碎片、以及在使用中产生石英部件碎屑的新颖且改良的等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置。
为了达到上述目的，本发明提供了一种等离子体处理装置用石英部件的加工方法，该加工方法是安装于由在处理室内激发的等离子体对被处理体进行规定处理的等离子体处理装置中、并具有露出到处理室内的露出面的石英部件的表面加工方法，其中，石英部件的露出面，利用第一粒径的磨料进行表面加工后，用酸进行湿法腐蚀处理。
石英部件的露出面，利用磨料进行表面加工以后，再用酸进行湿法腐蚀处理是优选的。另外，石英部件的露出面，在利用热抛光进行加工后，利用磨料进行表面加工，再用酸进行湿法腐蚀处理的等离子体处理装置用石英部件的加工方法也是可以的。
而且，提供了由上述任何一种方法进行表面处理的等离子体处理装置用石英部件、以及安装有该等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置。
根据这样的构成，提供了一种在防止产生初期微粒的同时、还能够保持着在石英部件使用中吸着并保持堆积物的微小的凹凸、并可以消除成为碎屑产生原因的微裂纹的等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的等离子体处理装置的示意性剖面图。
图2是表示本发明的石英部件形状的图。
图3是表示由第一实施方式的石英部件表面加工方法造成的表面变化的示意性剖面图。
图4是表示在各种条件下进行表面加工的石英部件在等离子体处理装置中产生微粒数的图。
图5是表示进行了现有的表面加工的石英部件表面变化的示意性剖面图。
具体实施方式
下面参照附图，详细地说明本发明的等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置的优选实施方式。在本说明书和附图中，对于实质上具有相同功能结构的结构要素，赋予相同的符号，重复说明予以省略。
(第一实施方式)
参照图1和图2，说明本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的结构。图1是表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的示意性剖面图，图2是表示本实施方式的石英部件形状的图。图2(a)是聚焦环19的平面图，图2(b)是图2(a)的A-A’的剖面图，图2(c)是屏蔽环25的平面图，图2(d)是图2(c)的B-B’的剖面图。
如图1所示，该等离子体处理装置具有用铝等制造成圆筒状的处理容器1、在处理容器1内相对向地配置的上部电极2和下部电极3。
在处理容器1的侧壁部设有开口部4和5，用于放进或者取出例如半导体晶片W。在开口部4和5的外侧设置有闸阀6和7，用于开闭各开口部4和5，使得处理容器1能够气密。
下部电极3配置在处理容器1的下部的升降装置8上。升降装置8由例如油压缸或者圆螺栓和螺母的螺合结合机构和转动地驱动该机构的伺服电机的组合机构等构成，使下部电极3进行升降动作。波纹管9设置在升降装置8的周围和处理容器1的内壁之间，使得在处理容器1内产生的等离子体不能进入下部电极3之下。
下部电极3连接着高通滤波器10，该高通滤波器10阻止施加在上部电极2上的高频成分的侵入。高通滤波器10连接着高频电源11，该高频电源11供给例如具有800KHz频率的电压。
静电卡盘12设置在下部电极3的上面，用来固定半导体晶片W。静电卡盘12具有导电性的片状电极板12a和夹持着电极板12a表面的聚酰亚胺层12b。电极板12a电连接着产生用来保持住半导体晶片W的库仑力的直流电源13。
环状的挡板14设置在下部电极3的周围和处理容器1的内壁之间。在挡板14上设有多个排气口15，使得能够从下部电极3的周围进行均匀地排气。排气管16连接着真空泵17，排放出处理容器1内的处理气体。
聚焦环18设置在下部电极3的周围，通过使半导体晶片W上的等离子体向半导体晶片W外方向散开，均匀地形成等离子体，直达半导体晶片W的边缘。聚焦环18是环状的，例如是用碳化硅(SiC)制成的。
聚焦环19以不同的高度设置在聚焦环18的周围，通过把等离子体封闭在半导体晶片W的上方来提高等离子体的密度。聚焦环19如图2所示是环状的，是用石英制成的。
上部电极2是中空构造，与下部电极3相对向地设置在处理容器1的上部。气体供给管21连接着上部电极2，向处理容器1的内部供给规定的处理气体。在上部电极2的下侧部分贯穿设有多个气体扩散孔22。
在上部电极2上连接有低通滤波器23，以阻止施加在下部电极3上的高频成分的侵入。低通滤波器23连接着高频电源24。高频电源24具有比高频电源11更高的频率，例如27.12MHz。
屏蔽环25是如图2所示那样的环状，是由石英制造的，设置在上部电极2的周围，起着把等离子体封闭在半导体晶片W上方的作用。屏蔽环25嵌入在上部电极2的外周部。
下面，说明上述等离子体处理装置的动作。首先，打开闸阀6和7，从负载锁定室(未图示)搬入半导体晶片W，放置在下部电极3上。搬入以后，关闭闸阀6和7。
经过气体供给管21导入处理气体，处理气体首先流至中空结构的上部电极2的内部，通过设置在上部电极2下部的气体扩散孔22均匀地扩散。
此时，由高频电源24在上部电极2上施加例如27.12MHz的高频电压，由此开始经过规定时间，例如1秒以下的定时后，由高频电源11在下部电极3上施加例如800KHz的高频电压，在两电极间产生等离子体。由于该等离子体的产生，半导体晶片被牢固地吸附保持在静电卡盘12上。
上述等离子体被封闭在上部电极2周围的屏蔽环25和下部电极2周围的聚焦环19之间，形成为高密度。利用该高密度等离子体进行半导体晶片W的处理。
此时，屏蔽环25和聚焦环19就曝露在等离子体中，由于腐蚀，使得石英和在石英部件上附着的堆积物被剥离，就会污染半导体晶片表面，成为微粒的原因。
为了遏制这种现象，屏蔽环25和聚焦环19等石英部件，在进行金刚石研磨的加工以后，要利用例如粒度为320～400#的磨料对表面进行表面加工，例如喷砂加工，并进行表面处理，使得堆积物容易吸着和保持。
但是，在进行了上述表面处理的石英部件表面上，产生许多微细的龟裂(即微裂纹)，形成破碎层，在使用初期不能抑制石英粉尘的产生。
图3是表示因进行第一实施方式的石英部件151的表面加工方法造成的表面变化的示意性剖面图。石英部件151适用于屏蔽环25或聚焦环19中的任何一种。
图3(a)是表示进行金刚石研磨时的表面的图。在此状态下，在表面上产生许多裂纹155，堆积物难以吸着和保持。
图3(b)是表示进行与现有的表面处理方法同样的例如使用320～400#(第二粒径)磨料进行表面加工例如喷砂加工时的表面的图。在此状态下，由于消除了裂纹155而维持了基本的凹凸，使得容易吸着并保持堆积物。
但是，在表面上残留有微裂纹，形成了破碎层163，在使用初期由于等离子体的侵蚀容易产生石英粉尘。另外，在堆积物进入这些微裂纹中、由于因大气开放而使得这些堆积物膨胀时，就会引起剥下石英表面造成的碎屑。
图3(c)是表示再利用粒度为500#(第一粒径)的磨料进行表面加工(磨砂加工)时的表面的图。在此情况下，维持吸着堆积物的基本的凹凸而去除破碎层163，可以抑制初期微粒的产生和碎屑的产生。
接着，在利用微小粒径的磨料(例如粒度为500#)进行的表面加工例如磨砂加工以后，用氢氟酸等酸进行湿法腐蚀，这是优选的。就湿法腐蚀来说，例如在5～20wt％的氢氟酸溶液中浸渍10～90分钟，优选为，在15wt％的氢氟酸溶液中浸渍20～40分钟。由此，就进一步减少了石英部件表面的微裂纹，能够提高半导体晶片W处理的成品率。
即使在金刚石研磨等机械加工后，不用粒度为320～400#的磨料(第二粒径)进行表面粗加工，而是用微小粒度的磨料(粒度为500～600#左右)进行喷砂或磨砂等表面加工，然后在5～20wt％的氢氟酸溶液中浸渍10～90分钟进行湿法腐蚀，也能够得到与上述方法同样的效果。
如上所述，利用微小粒径(第一粒径)的磨料进行表面加工后、接着利用酸进行湿法腐蚀的方法进行石英部件的表面加工，在继续保留吸着并保持堆积物的效果的同时，又去除了表面的破碎层，因此就能够抑制使用初期的微粒产生和碎屑。
(第二实施方式)
第二实施方式的等离子体处理装置用石英部件的加工方法是，在金刚石研磨以后，由烧嘴等进行作为加热处理的热抛光(fire-polish)，再由粒度例如为500#左右(第一粒径)的微细的磨料进行表面加工，例如进行喷砂加工或磨砂加工，最后，用氢氟酸(HF)等进行湿法腐蚀。在热抛光处理之前，根据需要，也可以用粒度为320～400#的磨料进行表面加工，例如进行喷砂加工处理。
如在第一实施方式中所述，在进行等离子体处理装置用石英部件的表面处理时，既要保持可以附着并保持堆积物的基本的凹凸，也要不产生微裂纹，这是十分重要的。
为此，首先由电子显微镜观察用如下的五个处理方法进行表面加工的石英部件的表面，研究有没有微裂纹产生。
(方法1)用粒度为360#的磨料进行表面加工(现有的方法)；
(方法2)热抛光+氢氟酸处理；
(方法3)热抛光+用粒度为360#磨料进行表面加工(喷砂加工)；
(方法4)热抛光+用粒度为500#磨料进行表面加工(喷砂加工)；
(方法5)热抛光+用粒度为500#磨料进行表面加工(喷砂加工)+氢氟酸处理。
用扫描型电子显微镜(SEM)观察的结果，不会在表面上产生微裂纹的是由上述加工方法2和5处理的。在此以后，对于这两种加工方法得到的石英部件，研究在等离子体处理装置内曝露在等离子体中时的微粒产生数目。
图4是表示由上述方法2和5进行表面加工的石英部件在等离子体处理装置中进行处理后的微粒产生数目的图。处理条件是处理气体为C4F8/CO/Ar/O2＝10/50/200/5sccm、45mT、施加电力为1500W。横轴表示处理时间，纵轴表示微粒产生数。在等离子体处理装置内进行的处理是在仅流过处理气体的“气体接通”及输入用于激发等离子体的电源的“RF接通”两个条件下进行的。
如图4(a)所示，在方法2中，在处理时间为10小时的时候，微粒产生数超过被认为实用上没有问题的临界值40。这就是说，不能抑制使用初期的微粒产生。在图4(b)中，处理时间内的微粒产生数都在临界值以下。
由此，在上述5个加工方法之中，在进行热抛光以后，利用微小粒径的磨料(例如粒度为500#)进行表面加工，而且，若利用例如在15wt％的氢氟酸溶液中浸渍20～40分钟的氢氟酸处理进行表面加工，就能够防止使用初期的微粒产生和其后的碎屑产生。
以上，参照附图说明了本发明的等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置的优选实施方式，但本发明不限于这些例子。很清楚，本领域技术人员在本发明的权利要求中所述的技术思想的范畴内可想到各种变形例和修正例，这些当然都属于本发明的技术范围内。
例如，在利用磨料进行表面加工中所使用的磨料的粒度、或者氢氟酸处理的氢氟酸浓度和时间等，都并不限于上述的范围。可以理解为，只要具有同样的效果，就都在本发明的范围内。
本发明的石英部件的表面加工方法，不限于聚焦环和屏蔽环，也适用于等离子体处理装置内壁等其他部件。
如以上所说明的那样，本发明可以提供一种能够抑制因使用初期的表面剥离造成的微粒产生和其后的碎屑产生、能够防止半导体晶片的污染、并进行成品率和可靠性高的处理的等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置。
产业上的可利用性
本发明可以用于等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置中，特别是能够用于不会形成成为由于曝露于等离子体之中而产生微粒的原因的破碎层的等离子体处理装置用石英部件的加工方法、等离子体处理装置用石英部件和安装有等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置中。

Claims (7)

1.一种等离子体处理装置用石英部件的加工方法，该加工方法是安装于由在处理室内激发的等离子体对被处理体进行规定处理的等离子体处理装置中、并具有露出到所述处理室内的露出面的石英部件的表面加工方法，其特征在于：
所述石英部件的露出面，利用第一粒径的磨料进行表面加工后，用酸进行湿法腐蚀处理。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置用石英部件的加工方法，其特征在于：
所述石英部件的露出面，在利用所述第一粒径的磨料进行表面加工前，利用粒径比所述第一粒径大的第二粒径的磨料进行表面加工。
3.一种等离子体处理装置用石英部件的加工方法，该加工方法是安装于由在处理室内激发的等离子体对被处理体进行规定处理的等离子体处理装置中、并具有露出到所述处理室内的露出面的石英部件的表面加工方法，其特征在于：
所述石英部件的露出面，在利用热抛光进行加工后，利用磨料进行表面加工，再利用酸进行湿法腐蚀处理。
4.一种等离子体处理装置用石英部件，它安装于由在处理室内激发的等离子体对被处理体进行规定处理的等离子体处理装置中，并具有露出到所述处理室内的露出面，其特征在于：
所述石英部件的露出面，利用第一粒径的磨料进行表面加工后，用酸进行湿法腐蚀处理。
5.如权利要求4所述的等离子体处理装置用石英部件，其特征在于：
所述石英部件的露出面，在利用所述第一粒径的磨料进行表面加工前，利用粒径比所述第一粒径大的第二粒径的磨料进行表面加工。
6.一种等离子体处理装置用石英部件，它安装于由在处理室内激发的等离子体对被处理体进行规定处理的等离子体处理装置中，并具有露出到所述处理室内的露出面，其特征在于：
所述石英部件的露出面，在利用热抛光进行加工后，利用磨料进行表面加工，再利用酸进行湿法腐蚀处理。
7.一种安装有权利要求4、5和6中任一项所述的等离子体处理装置用石英部件的等离子体处理装置。
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