专利名称：气体分散板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及气体分散板及其制造方法，更具体地涉及通过喷砂处理使气孔的边缘部分形成为圆形的气体分散板及其制造方法，还涉及通过对加工夹具(working jig)施加超声振动而形成气孔的气体分散板及其制造方法。
背景技术：
在半导体制造装置如蚀刻装置中，为了均匀地分散反应性气体，将喷板直接设置在晶片上。
该喷板通常用阳极氧化铝来制各。但是，随着等离子体密度的提高，例如来自喷板的铝污染以及因阳极氧化膜的剥落而形成颗粒(粉尘)等各种问题变得越来越显著。
为了避免这些缺点，已经尝试例如通过热喷涂用诸如氧化铝或Y2O3等耐腐蚀性材料涂布喷板的表面(参见日本专利未审公报JP-A-2000-315680)。但是，由于喷孔周围热喷涂膜的粘合强度不足或者因为在使用过程中热膨胀的差异，经常会遇到热喷涂膜剥落的问题。此外，还存在因反复清洗而造成膜粘合强度劣化的问题。
因此，近来将氧化铝或者Y2O3的烧结构件通过结合或通过螺纹连接而接合到喷板的表面上。
但是，即使在该结合或接合有高耐腐蚀性材料的喷板中，也不能完全消除来自喷板的颗粒。该颗粒是由于结合或接合在喷板上的陶瓷材料(氧化铝或Y2O3)的脱落或沉积在喷板上的反应产物剥落到位于其下方的晶片上而产生的。
此外，由于Y2O3烧结构件具有高耐等离子体性，因此Y2O3烧结构件最近也被采用(参见日本专利未审公报JP-A-2003-234300)。
但是，铝或氧化铝具有低耐等离子体性，并且暴露在等离子体中时易产生颗粒。在热喷涂部位，Y2O3的热喷涂使得可以在一定程度上抑制颗粒的生成。但是，在直径大约为1mm的气孔内部(内表面)进行Y2O3的热喷涂存在技术上的困难。并且虽然蓬松的Y2O3材料在热喷涂中具有更好的耐等离子体性，但其会因成孔中所形成的刮痕和粉碎层而产生颗粒。
发明内容
本发明人经过深入研究，结果发现，由结合或接合在喷板上的陶瓷材料产生的颗粒主要来自于气孔(喷板的气孔)的边缘部分，而反应产物的粘合强度受反应产物所沉积的部分的表面粗糙度和形状的影响，因此作出了本发明。
更具体地，诸如氧化铝或Y2O3等陶瓷是易碎材料，且烧结构件的经加工表面包含粉碎层。气孔的边缘部分包含很多将要脱落的颗粒，在使用过程中未能通过清洗除去的颗粒会脱落到晶片上。也曾尝试用倒角处理来消除边缘部分，但是，对每个喷板上所存在的成百上千个孔各自进行处理在成本及费时上是不现实的。
至于反应产物膜的粘合强度，基材沉积部位中更粗糙的表面会对基材产生更大的固定作用，从而显示出更少的剥落。
另外，沉积在气孔边缘部分的反应产物膜的粘合强度按以下顺序增加没有倒角＜有倒角＜圆形倒角，因此发现，没有拐角部分或隆起部位的圆形是有效的。
沉积在拐角或隆起部分的膜不具有粘合强度，并且易于剥落。在没有经过倒角处理的表面的情况中，存在很多将要脱落的颗粒也是颗粒形成的因素。
本发明旨在以低成本来解决这些问题。更具体地，使用喷砂处理以在气孔附近形成粗糙的表面，同时在气孔的边缘部分进行圆形倒角处理。所得喷板的边缘部分呈现没有拐角或隆起的圆形，并且由于通过喷砂处理所形成的粗糙表面而显示出强粘合性。而且，因为不存在静电电荷易于累积的拐角或尖锐部分，使得可以避免偶尔因电弧而导致的对陶瓷的损坏。这种喷板使得能够防止现有技术中所遇到的由气孔产生颗粒，并且有助于提高半导体器件的产率。
考虑到上述情形而作出了本发明，其目的是提供一种便宜的气体分散板，该气体分散板对卤素类腐蚀性气体及其等离子体具有高耐腐蚀性并且能够阻止由气孔生成颗粒，从而有助于提高半导体器件的产率。
本发明的另一目的是提供一种气体分散板的制造方法，该气体分散板对卤素类腐蚀性气体及其等离子体具有高耐腐蚀性，并且能够阻止由气孔生成颗粒，从而有助于提高半导体器件的产率。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种包含基材及一个或多个位于所述基材中的气孔的气体分散板，所述基材含有相对密度大于或等于96％的Y2O3陶瓷，其中，将所述气孔的边缘部分通过喷砂处理形成为曲率半径大于或等于0.2mm的圆形。
根据本发明的一方面，提供了一种气体分散板的制造方法，该方法包括以下步骤向Y2O3原料中加入水和粘合剂以得到浆料；用喷雾干燥器将所述浆料形成为粒料；将所得的粒料加压成型以得到成型构件；煅烧所述成型构件以蒸发所述粘合剂；烧结所述成型构件以得到相对密度大于或等于96％的Y2O3陶瓷烧结构件；在所述烧结构件上形成一个或多个气孔；和对所述气孔的边缘部分进行喷砂处理以形成为圆形。
根据本发明的一个方面，提供一种气体分散板，该气体分散板包含包含纯度大于或等于99％的Y2O3陶瓷的基材；形成在所述基材中的一个或多个气孔，其中将所述基材在氢气气氛中在1780℃至1820℃的温度下烧结，和在对加工夹具施加超声振动的同时形成所述气孔。
根据本发明的一个方面，提供了一种气体分散板的制造方法，该方法包括以下步骤向纯度大于或等于99％的Y2O3原料中加入水和粘合剂以得到浆料；用喷雾干燥器将所述浆料形成为粒料；将所得的粒料加压成型以得到成型构件；煅烧所述成型构件以蒸发所述粘合剂；在氢气气氛中在1780℃至1820℃的温度下烧结所述成型构件以得到Y2O3陶瓷烧结构件；和通过对加工夹具施加超声振动，在所述烧结构件中形成一个或多个气孔。
本发明能够提供一种便宜的气体分散板，该气体分散板对卤素类腐蚀性气体及其等离子体具有高耐腐蚀性并且能够阻止由气孔生成颗粒，从而有助于提高半导体器件的产率。
本发明还能够提供一种气体分散板的制造方法，所述气体分散板对卤素类腐蚀性气体及其等离子体具有高耐腐蚀性并且能够阻止由气孔生成颗粒，从而有助于提高半导体器件的产率。
图1是本发明的气体分散板的实施方案的透视图；图2是本发明的气体分散板的实施方案的纵向截面图；图3是利用本发明的气体分散板的蚀刻装置的示意图。
具体实施例方式
以下将参考附图来对本发明的气体分散板的实施方案进行说明。
图1是本发明的气体分散板的透视图，图2是其纵向截面图。
如图1和图2所示，构成喷板的气体分散板1在由相对密度大于或等于96％的Y2O3陶瓷材料形成的基材2中具有一个或多个气孔3，并且气孔3的边缘部分4通过喷砂处理而形成为曲率半径大于或等于0.2mm的圆形。
选用相对密度大于或等于96％的Y2O3，这是因为由于孔比例的增加，较低的密度会因喷砂处理而造成严重损坏，因而更易于产生颗粒。此外，曲率半径小于0.2mm的圆形对于膜的粘合强度是无效的。
该实施方案实现了一种便宜的气体分散板，在对半导体晶片进行表面膜处理的过程中，即使当气体分散板暴露在诸如CCl4、BCl3、HBr、CF4、C4F8、NF3或者SF6等卤素化合物的等离子体气体、高腐蚀性自清洁性ClF3气体或利用N2或O2的强溅射等离子体中时，因为由相对密度大于或等于96％的Y2O3材料构成的基材本身能够防止对基材的蚀刻，也能够防止气孔内的静电放电对基材的蚀刻，并能够改善气孔表面的耐腐蚀性，并且因为将气孔的边缘部分通过喷砂处理而形成为曲率半径大于或等于0.2mm的圆形，因此所述气体分散板能够防止气孔边缘部分的脱落，并且能够防止由气孔产生颗粒，从而有助于提高半导体器件的产率。此外，这种圆形能够以低成本避免因边缘部分脱落而导致的颗粒的产生。
本实施方案的气体分散板可以通过以下方法生产。
向Y2O3原料中加入水和粘合剂以得到浆料，用喷雾干燥器将所述浆料形成为粒料，将所得的粒料加压成型以得到成型构件，煅烧所述成型构件以蒸发所述粘合剂，烧结所述成型构件以得到相对密度大于或等于96％的Y2O3陶瓷烧结构件，在所述烧结构件上形成一个或多个气孔，并进行喷砂处理以将气孔的边缘部分形成为圆形，从而制备本实施方案的气体分散板。
本实施方案的制造方法能够得到一种气体分散板，该气体分散板对卤素类腐蚀性气体及其等离子体具有高耐腐蚀性而且能够阻止由气孔生成颗粒，从而有助于提高半导体器件的产率。
实施例向纯度为99.9％的Y2O3原料中加入离子交换水和粘合剂以得到浆料，用喷雾干燥器将所述浆料形成为粒料。在1500kgf/cm2的压力下对所得的粒料进行成型以得到基材。通过煅烧除去粘合剂后，将其在氢气气氛中在1800℃进行烧结以得到相对密度大于或等于96％、尺寸为320mm(直径)×3mm(厚度)的烧结构件。在所述烧结构件中，形成了300个直径为0.5mm的喷孔(实施例1-1至1-5，以及比较例1-1至1-4)。此外，通过改变成型压力和烧结温度，还得到了相对密度为95％的烧结构件，并且类似地进行处理(比较例1-5、1-6)。
在实施例1-1至1-5以及比较例1-1至1-6上，用表1中所示的加工方法形成边缘形状。
在0.3MPa的喷射压力下，用GC#240进行喷砂。将所得的各样品如此结合以使得气孔位于适当的位置，如图3所示作为喷板安装在用于300mm晶片的蚀刻装置的腔室中，并对颗粒进行评价。Y2O3烧结构件的密度用阿基米德(Archimedes)法测定。用激光颗粒计数器通过测定300mm晶片上的颗粒(大于或等于0.2μm)而得到颗粒数。
所得结果见表1。
表1
从表1可以看到，符合本发明条件(相对密度大于或等于96％，喷砂处理，曲率半径大于或等于0.2mm的圆形)的并且形状为R0.5mm(Rxx mm表示在圆形处的曲率半径是xx mm)的实施例1-1显示出最少的颗粒数，其颗粒数为3。此外，符合本发明条件的分别具有R0.8mm、R1.0mm和R0.2mm的实施例1-2、1-3和1-4显示出了小于或等于6的颗粒数，仅次于实施例1-1最小。而符合本发明条件的相对密度为96％的实施例1-5显示出小到5的颗粒数。
另一方面，采用研磨法、具有锐利边缘部分因而不符合本发明条件的比较例1-1显示出了极高的颗粒数，其颗粒数为22，是实施例1-1的颗粒数的7倍多。而采用研磨法的还具有C0.5mm的边缘部分因而不符合本发明条件的比较例1-2显示出了高达样品1-1的颗粒数5倍的颗粒数，其颗粒数为15。采用研磨方法的不符合本发明条件的比较例1-3显示出的颗粒数为10，是实施例1-1的颗粒数的3倍多。边缘部分的形状为不符合本发明条件的R0.1mm的比较例1-4显示出的颗粒数为11，是实施例1-1的颗粒数的3倍多。具有不同于本发明条件的相对密度但具有在本发明的条件内的R0.3mm的比较例1-5显示出了极高的颗粒数，其颗粒数为25，是实施例1-1的颗粒数的8倍多。具有不同于本发明条件的相对密度但具有在本发明的条件内的R0.5mm的比较例1-6显示出了极高的颗粒数，其颗粒数为20，是实施例1-1的颗粒数的6倍多。
以下将参考上述相同附图对本发明的气体分散板的另一实施方案进行说明。
如图1和图2所示，构成喷板的气体分散板1在Y2O3陶瓷基材2中具有一个或多个气孔3，所述Y2O3陶瓷基材2通过以1780℃至1820℃的温度，在氢气气氛下烧结纯度大于或等于99％的Y2O3原料而形成，其中所述气孔3是在成孔过程中对加工夹具施加超声振动而形成的。
在如图3所示的蚀刻装置中，在对半导体晶片进行表面膜处理的过程中，即使当气体分散板暴露在诸如CCl4、BCl3、HBr、CF4、C4F8、NF3或者SF6等卤素化合物的等离子体气体、高腐蚀性自清洁性ClF3气体或利用N2或O2的强溅射等离子体中时，因为由纯度大于或等于99％的Y2O3通过在氢气气氛中在1780℃至1820℃的温度下烧结而得到的基材本身对卤素类腐蚀性气体及其等离子体具有高耐腐蚀性，并且因为抑制了气孔刮痕的形成和加工中粉碎层的形成，本实施方式的气体分散板也能够阻止由气孔生成颗粒，从而有助于提高半导体器件的产率。
本实施方案的气体分散板可通过下述方法生产。
向纯度大于或等于99％的Y2O3原料中加入水和粘合剂以得到浆料，用喷雾干燥器将所述浆料形成为粒料，将所得的粒料加压成型以得到成型构件，煅烧所述成型构件以蒸发粘合剂；在氢气气氛中在1780℃至1820℃的温度下烧结所述成型构件以得到Y2O3陶瓷烧结构件；以及通过对加工夹具施加超声振动而在所述烧结构件中形成一个或多个气孔，从而制备本实施方案的气体分散板。
原料纯度低于99％会降低耐等离子体性。此外，在非氢气气氛，例如在空气中进行烧结会降低烧结构件的纯度，从而降低耐等离子体性。而施加于用于形成气孔的加工夹具(例如工具)的超声振动使得能够抑制加工中所形成的刮痕和粉碎层。
本实施方案的制造方法使得能够得到一种气体分散板，该气体分散板对于卤素类腐蚀性气体及其等离子体具有高耐腐蚀性，而且能够阻止由气孔生成颗粒，从而有助于提高半导体器件的产率。
实施例喷板按表2中所示的条件生产，如图3所示安装在蚀刻装置中，然后在半导体晶片的蚀刻中，利用激光颗粒计数器通过对沉积在晶片上的颗粒进行计数来对颗粒进行测评。
所得结果见表2表2
从表2可看出，符合本发明条件(原料纯度大于或等于99％的Y2O3，在氢气气氛中在1780℃至1820℃的温度下烧结并对加工夹具施加超声振动)的实施例2-1显示出的颗粒数少到只有8。
另一方面，原料纯度为98％并且不符合原料纯度条件的比较例2-1显示出的颗粒数极高，其颗粒数为50，是实施例2-1的颗粒数的6倍多。并且，使用1750的烧结温度并且不符合温度条件的比较例2-2显示出的颗粒数为25，是实施例2-1的颗粒数的3倍多。在空气中进行烧结并且不符合烧结气氛条件的比较例2-3显示出的颗粒数极高，其颗粒数为70，是实施例2-1的颗粒数的8倍多。没有使用超声振动并且不符合振动条件的比较例2-4显示出的颗粒数极高，其颗粒数为45，是实施例2-1的颗粒数的5倍多。
尽管结合本发明的优选实施方案进行了说明，但对于本领域技术人员而言，显而易见的是，在不背离本发明的基础上可以进行各种变化和改进，因此，在所附权利要求中，旨在涵盖落入本发明的本质精神和范围之内的所有这样的变化和改进。
权利要求
1.一种气体分散板，该气体分散板包含基材和一个或多个位于所述基材中的气孔，所述基材包含相对密度大于或等于96％的Y2O3陶瓷，其中，将所述气孔的边缘部分通过喷砂处理形成为曲率半径大于或等于0.2mm的圆形。
2.一种气体分散板的制造方法，该方法包括以下步骤向Y2O3原料中加入水和粘合剂以得到浆料；用喷雾干燥器将所述浆料形成为粒料；将所得的粒料加压成型以得到成型构件；煅烧所述成型构件以蒸发所述粘合剂；烧结所述成型构件以得到相对密度大于或等于96％的Y2O3陶瓷烧结构件；在所述烧结构件上形成一个或多个气孔；和对所述气孔的边缘部分进行喷砂处理以形成为圆形。
3.一种气体分散板，该气体分散板包含包含纯度大于或等于99％的Y2O3陶瓷的基材；形成在所述基材中的一个或多个气孔，其中将所述基材在氢气气氛中在1780℃至1820℃的温度下烧结，和在对加工夹具施加超声振动的同时形成所述气孔。
4.一种气体分散板的制造方法，该方法包括以下步骤向纯度大于或等于99％的Y2O3原料中加入水和粘合剂以得到浆料；用喷雾干燥器将所述浆料形成为粒料；将所得的粒料加压成型以得到成型构件；煅烧所述成型构件以蒸发所述粘合剂；在氢气气氛中在1780℃至1820℃的温度下烧结所述成型构件以得到Y2O3陶瓷烧结构件；和通过对加工夹具施加超声振动，在所述烧结构件中形成一个或多个气孔。
全文摘要
本发明提供一种气体分散板及其制造方法，该气体分散板价格低廉，对于卤素类腐蚀性气体及其等离子体具有高耐腐蚀性，并且能阻止由气孔生成颗粒，从而有助于提高半导体器件的产率。该气体分散板在由相对密度大于或等于96％的Y
文档编号H01L21/3213GK1925108SQ20061011597
公开日2007年3月7日 申请日期2006年8月22日 优先权日2005年8月31日
发明者村田征隆, 永坂幸行, 森田敬司, 渡边敬祐, 若林茂范 申请人:东芝陶磁股份有限公司