喷淋板及其制造方法

专利名称：喷淋板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在半导体制造中，为了向大型基板(wafer:晶片)上
均匀地供给处理气体而使用的喷淋板(showerplate)及其制造方法。
背景技术：
现有技术是，在半导体制造工序中，使用用于向晶片的表面供给
io 处理气体以形成膜的CVD装置和干蚀刻装置等半导体制造装置。
这些半导体制造装置，在晶片与喷出处理气体的喷淋板之间施加 高频电压，使处理气体处于等离子体状态，由此在晶片表面形成薄膜， 进行晶片表面的蚀刻。
由于必须在该喷淋板上设置多个微细的喷出孔，所以从加工性方
15 面出发而采用铝或硅等板材，但难以实现微细的喷出孔内表面的镜面 精加工，而且，对于氟元素或者卤素系的处理气体在反应空间产生的 等离子体，存在耐腐蚀性恶劣消耗激烈的问题。
与此对应，在专利文献1中，公开有即使对于开孔加工困难的陶 瓷，也容易形成喷出孔的喷淋板的结构。该喷淋板如图8所示，喷出
20 孔207由开设于喷淋板202上的孔与插入到孔中并且直径小于该孔径 的圆柱204之间的间隙所形成。具体的是，在直径为350mm、厚度为 20mm的喷淋板202的中央直径200mm的范围内，以20mm为间隔开 设直径为2.1mm的孔，然后扩大孔的上部，使该部分尺寸为深2mm、 直径为6mm，以用于插入阴螺钉206。另一方面，制作在前端形成有
25 阳螺钉(螺纹)205的直径为2mm的圆柱204，将该圆柱204插入到 上述孔并以螺钉固定，将预先在阴螺钉(螺纹)206上形成的切口208 作为气体通路。但是，即使通过选择适合该喷淋板的材料解决耐腐蚀 性的问题，但是若对板开通多个孔，则必须形成相同数量的阴螺钉和 带有阳螺钉的圆柱，各种制造成本增加，也难以减少微粒的发生频度。
30 此外，在专利文献2中，作为耐腐蚀性优良、强度高且加工性高
的喷淋板的材料，公开有以氧化铝和YAG的化合物为主结晶相的陶瓷
材料。记载有由于该陶瓷材料由氧化铝和3 50重量％的YAG构成， 所以兼具弯曲强度和硬度高的氧化铝的特性和耐腐蚀性优良的YAG的 特性，进而，氧化铝与YAG的平均结晶粒子粒径及其平均结晶粒子粒 5 径之比和破坏韧性值与耐热冲击性被限定在规定范围内。具有该特性 的喷淋板，在加工细孔和喷出口等时，不产生蚀刻和缺欠等，可以高 精度地加工多个细孔。但是，对于该喷淋板，为了形成喷出气体的多 个细孔和喷出口 ，必须采用使用期望大小的细钻头进行孔加工的方法， 或者采用对工具赋予超声波振动，通过由此供给游离碎粒，进行掘孔
io 的超声波加工法。因此，工具的磨损和消耗明显，工具费用高，并且 加工多个细孔的工序数多。此外，由于该陶瓷材料是强度和硬度高的 烧结体，所以要形成极微细的喷出口，对于工具的强度问题也非常困 难，因此，必然工具直径扩大，必须使喷出口的直径为0.3mm以上， 作为弊端是发生等离子体的逆流的问题。进而，难以非常高精度地完
15 成多个细孔和喷出口的形状和尺寸公差。
此外，在专利文献3中，公开有由含氧化铝99.5重量％以上、气 孔率为30 65%的陶瓷多孔质体构成的喷淋板。从现有技术的喷淋板 的气体喷出孔的孔径、数量、孔距(Pitch)、深度预先确定，所以难以 向真空容器内喷出均匀的气体的观点出发，将平均直径为20 30pm的
20 气孔分散在喷淋板上，由此使得各气孔具有通气孔的作用，可以均匀 地向晶片散布处理气体。但是，山于该多孔质体构成的喷淋板是通过 将氧化铝和树脂以规定比例混合的原料成型并烧结而制造的，所以必 然会产生树脂的混合偏差和分布偏差以及烧成不均、气孔率的^均等， 所以难以提供稳定的具有互换性的喷淋板。此外，由多孔质体构成的
25 喷淋板，最后精加工外形尺寸时产生的研削屑以及微粒子附着在复杂 形状的气孔部分，发生实际生产时产生微粒的问题。 专利文献1:日本专利特开平11-297672号公报 专利文献2:日本专利特开2003-133237号公报 专利文献3:日本专利特开2003-282462号公报
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发明内容
本发明要解决的问题是，提供处理气体的喷出孔的结构简单，而 且喷出孔的孔径尺寸微小，并且精度高，没有处理气体的喷出偏差和 微粒的产生以及等离子体的逆流，具有一定品质和互换性的高纯度的 5喷淋板；以及能够以高纯度容易加工形成该高精度喷出孔的喷淋板的 制造方法。
本发明的喷淋板，其特征在于，包括气体导入通路，其使从圆 板状板的一个侧面向着中央部以直线状穿设的长孔以及从长孔的前端 部分以直角向着圆板状板的背面侧穿设的开口部连通；和从圆板状板 10的背面侧向着正面侧穿设的用于喷出处理气体的多个喷出孔，其中， 喷出孔的主体部分及其喷出口在同一轴心上连通，上述喷出孔的喷出
口的直径尺寸为0.1以上不满0.3mm，并且喷出口的直径尺寸公差为±
0.002mm以内的精度。
在本发明的喷淋板中，更优选喷出孔的喷出口直径尺寸公差为± 15 O.OOlmm以内的精度，此外，喷出孔内表面的表面粗糙度为l.Os以内，
更优选0.5s以内。
这样，多个喷出孔的喷出口的直径尺寸为微小孔径，而且由于高
精度地形成且不存在不均现象，所以实质上不产生处理气体的喷出流
量不均，进而相对于大型基板(晶片)，能够使现有技术中不可能实现 20 的均匀薄膜的形成和蚀刻成为可能，能够制造出没有偏差的高品质的
半导体。
本发明的喷淋板，在陶瓷材料的烧结用原料粉末成型后对其进行 烧结，而能够实现具有99.4%以上的相对密度或97.5 99%的相对密 度，介电损失为5X10—3 1X10—5，其中，该陶瓷材料的烧结用原料粉 25 末由平均粒径为0.8(am以下优选为0.5pm以下的95 100质量％的纯 度为99.95%以上的A1203微粉末和剩余部分为0 5质量％的纯度为 99.9%以上的Y203、 Ce2Cb和MgO中的至少一种微粉末经粉碎混合调 整而成。
这样，通过调整高纯度的初始原料粉末并对其进行烧结，而且使 30 其介电损失低，由此基本没有因吸收微波而导致的发热，并且微波的 透过性变得良好，由此能够提高等离子体的产生效率，减少能量损失。
此外，若形成为相对密度为99.4%以上、几乎没有空孔的致密烧结体， 则能够使吸附气体变少，能够尽早使装置内达到规定的真空度。另一
方面，若使相对密度在97.5 99%的范围内，残存规定量的空孔，则在 容易产生热冲击割裂的条件下，能够利用空孔来防止热冲击产生的裂 5 缝的转移。
作为本发明的喷淋板及其制造方法所使用的喷淋板的材料，首先， 作为初始原料的八1203粉末，通过使用平均粉末粒径为0.8pm以下的微 粉末，由于能够在相比较低的温度下烧结，所以能够抑制烧结体的构 成结晶粒径异状生长的弊端。在使用八1203粉末的纯度不到99.95%的
io 原料的情况下，杂质吸收微波，阻碍其透过，而且产生介电损失大于5 Xl(^的弊端，能量损失大，所以优选使用纯度为99.95%以上的原料 粉末。其中，也可以使用以高纯度的MgO置换1质量％以下的上述 八1203粉末的初始原料。
另一方面，作为配合成分的￥203、 Ce203和MgO原料粉末，尽可
15 能地优选为微粉末，通过使用至少平均粉末粒径为lpm以下的原料， 在山球磨机等进行的粉碎混合工序中能够与A1203原料粉末均匀地混 合分散，并且通过使用纯度为99.9%以上的原料，能够避免介电损失的 恶化。
接着，作为八1203与Y203、 Ce203或MgO的原料粉末的配合比例， 20 喷淋板的烧结用原料粉末的95质量％以上为A1203成分，剩余部分的5 质量％以下为Y203、 Ce203或者MgO成分，由此能够改善A1203的烧 结性，赋予低温烧结性。其中，若￥203、 Ce203或者MgO粉末的配合 比例超过5质量％，则虽然改善了低温烧结性，但在烧结过程中八1203 与￥203、 Ce203或者MgO之间的液相生成物过剩，所以烧结体的结晶 25 粒径粗大化。此外，预想以外的空孔量增加，难以调整烧结至目标范 围内的相对密度，并难以得到致密的喷淋板的材料。因此，为了使喷 淋板材料组织均匀微细，成为相对密度被控制或致密的烧结体，优选 Y203、 Ce203或者MgO的配合比例为1质量％以下，通过使用A1203 的平均粒径为0.5pm以下的微细原料粉末，由于也能够得到低温烧结 30 性，所以也可以完全不使用Y203、 Ce203或者MgO粉末，而使配合为 0质量％。
此外，在本发明的喷淋板的制造方法中，可以利用陶瓷材料的烧 结用原料粉末得到形成为留有烧结收縮余料和精加工余料的形状的圆 板状成形体，在上述圆板状成形体的规定位置从背面侧形成盲孔状的 喷出孔的本体部分，接着，从圆板状成形体的正面侧或者背面侧沿上 5 述盲孔状的本体部分的轴心形成喷出口并使其与喷出孔连通之后，进
行烧结。
这样，在将烧结用原料粉末形成为圆板状并对其进行烧结之前的 柔软阶段，通过在同一轴心上形成喷出孔的主体部分和喷出口并使它 们连通，使得加工效率变得良好，工具的消耗也小，变得很经济。
10 此外，在本发明的喷淋板的制造方法中，可以利用陶瓷材料的烧
结用原料粉末得到形成为留有烧结收縮余料和精加工余料的形状的圆 板状成形体，从得到的圆板状成形体的横方向，利用短钻头加工气体 导入通路的入口部，接着，在同一轴心方向上利用长钻头穿设直到圆 板中央的长孔并使其与在板背面侧穿设的开口部连通之后，进行烧结。
15 当在喷淋板形成气体导入通路吋，例如，在用于制造烧结后的直
径尺、」—为360mm且厚度为20mm的喷淋板的烧结用原料粉末的圆板状 成形体上，形成与烧结后的直径尺寸例如直径为lmm相当的气体导入 通路的情况下，气体导入通路的长度为直径的一半约为200mn;，而且 —宵径小且非常长，所以在利用长钻头穿设长孔时，长孔从预定的轴心
20 偏离或者弯曲，成为长孔内表面存在微缝或者残留应力的材料，烧结 后该气体导入通路成为烧结割裂发生的起点的频率高。
与此相对，如上所述，首先利用短钻头在没有中心偏离的状态下 向着预定轴心将气体导入通路的入口部穿设一定长度，由此，当在下 一工序利用长钻头穿设长孔时，长钻头不从轴心偏离，起到长钻头的
25 导向孔的作用效果。
本发明的喷淋板的制造方法是，将前端部分形成为前端渐细形状 的研磨线材插通由烧结陶瓷材料构成的喷淋板的喷出孔， 一边使上述 研磨线材从前端部向基端部的顺序滑动， 一边使研磨线材或者喷淋板 作往复运动，由此对喷出孔的喷出口进行精加工。
30 这样，将前端渐细形状的研磨线材插通喷出孔，在研磨线材上涂
附金刚石磨粒等，并使研磨线材或者喷淋板在与喷出孔的轴心平行的
方向上往复移动，由此可以实现喷出口的尺寸精度为土0.002mm以内， 表面粗糙度为ls以内、优选0.5s以内的精度。
此外，在本发明的喷淋板的制造方法中，将前端部分形成为前端 渐细形状的研磨线材插通由烧结陶瓷材料构成的喷淋板的喷出孔，在 5 对上述研磨线材施加有张力的状态下，将上述研磨线材的前端与基端 部夹紧在旋转体上， 一边使上述两端的旋转体在同一轴心上以同一转 速旋转，从研磨线材的前端部向基端部的方向顺次滑动， 一边使上述 研磨线材或者喷淋板作往复运动，由此对喷出孔的喷出口进行精加工。 这样，插通喷淋板的喷出孔的轴心的、前端渐细形状的研磨线材
io 在作用有张力的状态下被固定于上下的旋转体上， 一边使研磨线材旋 转， 一边使研磨线材或者喷淋板在上下方向往复移动，对喷出孔的喷 出口进行精研磨，由此成为研磨线材的旋转方向与上下移动方向的复 合研磨，效率良好，而且也提高表面粗糙度。
此外，在本发明的喷淋板的制造方法中，将前端部分形成为前端
15 渐细形状的研磨线材插通由烧结陶瓷材料构成的喷淋板的喷出孔，将 丄:述研磨线材的基端部系结在超声波振动加工装置的线材系结部上， 同吋在对上述研磨线材施加张力的状态下对其前端部进行固定， 一边 对上述研磨线材施加轴心方向上的超声波振动， 一边使研磨线材或者 喷淋板作往复运动，由此对喷出孔的喷出口进行精加工。
20 这样，插通喷淋板的喷出孔的轴心的、前端渐细形状的研磨线材
在作用有与轴心平行方向的超声波振动的状态下，使研磨线材或者喷 淋板在上下方向往复移动，由此能够大幅縮短研磨时间，并且能够将 喷出口的尺寸精度精研磨成土0.002mm以内。
此外，在本发明的喷淋板的制造方法中，将前端部分形成为前端
25 渐细形状的研磨线材插通由烧结陶瓷材料构成的喷淋板的喷出孔，将 上述研磨线材的两端在施加有张力的状态下固定在从能够上下自由移 动的轴的上下部分分别延伸出的臂上，在上述轴的轴心的上部或者下 部安装超声波振动装置，-一边向与轴联动的研磨线材施加轴心方向的 超声波振动， 一边使研磨线材或者喷淋板作往复运动，由此对喷出孔
30 的喷出口进行精加工。
该制造方法不同于上述制造方法中赋予超声波振动的方法，但作
用于前端渐细形状的研磨线材上的超声波振动现象相同，并且研磨方 法也相同，所以能够得到与上述制造方法同样的作用效果。
此外，在本发明的喷淋板的制造方法中，将前端部分形成为前端 渐细形状的研磨线材插通由烧结陶瓷材料构成的喷淋板的喷出孔，将 5 上述研磨线材的一端系结在与超声波振动装置连接的可旋转且可上下 移动的线材系结件上， 一边对研磨线材施加轴心方向的超声波波振动 和旋转运动， 一边使研磨线材或者喷淋板作往复运动，由此对喷出孔 的喷出口进行精加工。
这样，对插通喷出孔的轴心的、前端渐细形状的研磨线材作用旋 10 转运动和与喷出孔的轴心平行方向的超声波振动，对喷出口进行研磨 加工，由此能够通过旋转运动和超声波振动产生的较大加速度发挥强
大的研磨力，并且能够实现喷出口的尺寸精度为士0.002mm以内，表
面粗糙度为0.5s以内的精度。
其中，在本发明的喷淋板的制造方法中，将前端部分形成为前端 15 渐细形状的研磨线材插通由通过烧结得到的陶瓷材料构成的喷淋板的
喷出孔，来对喷出孔进行精加工的方法，是一边使上述研磨线材从前
端部向基端部的方向顺次滑动， 一边使研磨线材或者喷淋板往复移动，
由此对喷出孔的喷出口进行精加工的方法。
这样，通过将上述研磨线材从前端部向基端部的方向顺次滑动的 20 同时对喷出口进行研磨加工，而能够大幅縮短研磨工序数，并且能够
实现喷出口的尺寸精度为土0.002mm以内，表面粗糙度为0.5s以内的
精度，进而，能够提高精研磨装置的动作精度，此外，通过选择磨粒
粒径，能够实现喷出口的尺寸精度为土0.001mm以内，喷出口内表面
的表面粗糙度为0.4s以内的精度。 25 此外，在本发明的喷淋板的制造方法中，以使喷出孔的喷出口内
表面的研磨条痕与喷出孔的轴心平行的方式进行精加工。
艮口，对研磨线材涂附例如平均粒径为5lam的金刚石研磨膏，使研
磨线材或者喷淋板往复移动，队喷出口进行研磨加工，由此使喷出口
内表面的表面粗糙度在0.5s以内，而且能够形成与喷出孔的轴心平行 30 方向的研磨条痕。该研磨条痕能够起到整流作用，从而使在喷出口内
高速通过的处理气体不成为乱流状态。
发明效果
I. 喷出孔的喷出口的直径尺寸为0.1以上不满0.3mm，而且喷出 口的直径尺寸公差为士0.002mm以内的精度，所以实质上不会产生来 自各喷出孔的处理气体的喷出流量不均匀的现象。
5 2.喷出孔的喷出口的直径尺寸为0.1以上不满0.3mm,由于该尺
寸很小，所以能够防止发生等离子体的逆流。
3. 对于大型基板(晶片)，能够使现有技术中不可能实现的均匀 薄膜的形成和蚀刻成为可能，能够制造出高品质的半导体。
4. 由于能够使喷出孔内表面的表面粗糙度在0.5s以内，所以处理 io 气体的喷出阻力变小。
5. 通过利用前端部分形成为前端渐细形状的研磨线材对喷淋板的 喷出孔进行精加工，由此，能够稳定地制造出喷出孔的尺寸精度高， 从各喷出孔喷出的处理气体的流量不存在不均匀现象，并且具有互换 性的喷淋板。
15 6.由于喷淋板的材料特性为高纯度且其介电损失为5X10—3 1X
10—5，非常优良，所以微波的透过性良好，能量损失少。
7. 由于将喷出孔从圆板状板的背面侧穿设到正面侧，所以喷出孔 自身的结构简单，容易加工形成。
8. 在烧结前的圆板状成形体的阶段，通过形成气体导入通路和喷 20 出孔，而能够显著减少孔加工用工具的磨损、消耗，并大幅度削减各
孔的穿设形成工序数。
9. 烧结低介电率的陶瓷材料，使其相对密度为99.4%以上，而且 能够使喷淋板的两面和气体导入通路以及喷出孔的表面粗糙度为ls以 内，更优选为0.5s以内，所以不会发生不均现象。
25 10.相对密度被烧结调整至97.5 99%的范围的喷淋板，适用于容
易产生热冲击割裂的条件下。
II. 通过对研磨线材作用旋转运动或者超声波振动或这两者，而 能够提高喷出孔的研磨效率。
12.由于喷出孔的喷出口内表面的研磨条痕的方向与喷出孔的轴 30 心平行，所以不会使喷出的处理气体产生乱流现象，同吋发挥整流的 作用效果。


图1表示本发明的喷淋板的一个实施方式，(a)是表示将形成有 气体导入通路的方向的喷淋板的大约一半分割后的气体导入通路的纵 截面图，(b)是表示将未形成气体导入通路的方向的喷淋板的大约一 5 半沿喷出孔分割后的纵截面图。
图2是图1 (b)所示的喷出孔的放大图，(a)表示使喷出孔主体 部分的前端为直角的例子，(b)表示将喷出孔主体部分的前端以锥状 縮小的例子。
图3是本发明使用的线材研磨(wire lapping)装置的模式图。 o 图4是表示对研磨线材赋予旋转运动的研磨装置的纵截面图。
图5是表示对研磨线材赋予超声波振动的研磨装置的纵截面图。 图6是表示对研磨线材赋予超声波振动的其它研磨装置的纵截面图。
图7是表示对研磨线材(lapping wire)赋予旋转运动和超声波振 15 动的研磨装置的纵截面图。
图8是表示现有的喷淋板的一例的纵截面图。
符号说明
1喷淋板
2喷出孔 20 2a喷出孔的喷出口
2b喷出孔的主体部分
3气体导入通路
3a气体导入通路的入口部
3b气体导入通路的长孔 25 3c气体导入通路的开口部
4喷淋板的中心
5喷淋板的正面侧
6喷淋板的背面侧
7喷淋板的外周附近部 30 10基底(base)
11偏芯显微镜12导向座(guide holder)
13导线孑L (wire guide)
14线材(研磨线材)
15滑轨
16滑块
17支架
18托架(Bracket)
19平衡块
20滚轴
21绳索
22减速电动机
23连接法兰
24旋转轴
25a、 25b滑轮15 26a、 26b传送带
27a、 27b滑轮
28a、 28b旋转体
29a、 29b夹头(collet)
30线性滚珠轴承 20 31下方臂
32超声波振动装置
32a夹头
33上方臂
34线材系结件
25 35车由
36支柱 37基底板 38夹头
39电动机直结型超声波振动装置 30 40微电动机
40a旋转轴41线材系结件
41a夹头
41b夹头螺母
201间隙板(盖板) 5 202喷淋板
203盖(Cap)
204圆柱
205阳螺钉
206阴螺钉 io 207喷出口 (喷出孔)
208切口
具体实施例方式
以下参照

本发明的实施方式。附图所示只是其一个例子，
15 在本发明的技术思想范围内可以适。组合各部分的形状和加工方法。
图1是表小-木发明的喷淋板的一个实施方式的模式图，该图(a) 是表示将形成有气体导入通路3的方向的喷淋板的大约一半沿气体导 入通路3的中心轴分割后的纵截面图，该图(b)是表示从喷淋板的中 心4向着外周方向，经由喷出孔2的中心轴将未形成有气体导入通路3
20 的方向的大约 一半分割后的纵截面图。
如图1所示，圆板状的喷淋板1的正面侧5在除外周附近部7之 外的同心圆范围内形成为凹面状。其中，在图1 (a)的一半处具有与 该图(b)同样的喷出孔，但此处省略该喷出孔的图示。
图2是扩大表示图1 (b)所示的喷出孔2的模式图。该喷出孔2
25 的主体部分2b以直径D的尺寸，从喷淋板1的背面侧6开始一直垂直 形成至喷淋板1的正面侧5附近，此外，其喷出口 2a以直径d的尺寸、 从直径D部分的前端的中心向着正面侧5形成，喷出孔2的主体部分 2b与喷出口 2a呈同心状并且互相连通。其中，图2 (b)表示直径D 的喷出孔2的主体部分2b的前端形成为圆锥状的例子。
30 如图2所示，使喷出孔2的喷出口 2a的直径d小于主体部分2b
的直径D，由此使得喷出孔2的主体部分2b内的压力损失非常小，而
且，由于处理气体的流速在喷出口2a处加速，所以不会发生等离子体 的逆流。
在本实施方式中，使喷出孔2的主体部分2b的直径D为lmm， 喷出口 2a的直径d为O.lmm，将包括喷出口 2a在内的喷出孔2的内 5 表面的表面粗糙度研磨至0.5s以内。而且，以后述的前端渐细形状的 研磨线材对喷出口 2a进行线材研磨精加工(wire lapping finishing work),使其尺寸精度在Od士0.002mm以内，优选为土0.001mm以内。 其结果，从多个喷出孔2喷出的处理气体的流量几乎都相同，能够制 造出没有品质偏差的一定品质的喷淋板1。
io 如图1 (a)所示，使从形成在喷淋板1的一个侧面的入口部3a向
着喷淋板1的中心4以直线状穿设(穿孔设置)的长孔3b和从该长孔 3b的前端以直角状向着喷淋板l的背面侧6穿设的开口部3c连通，由 此形成用于将处理气体导入喷淋板1的背面侧6的气体导入通路3。该 气体导入通路3的内表面由于能够被研磨至表面粗糙度为0.5s以内，
15 所以处理z-(体的流通阻力非常小。
图3是表不用于对喷出孔2的喷出口 2a进行研磨精加工所使用的 线材研磨装置的模式图。在该图中，将喷淋板1载置于中央部被钻穿 的基底10上并使其前后左右滑动，与此同时，通过偏芯显微镜11对 其进行观察，使得图1 (b)所示的喷出孔2的喷出口 2a的中心轴与导
20 向座12和导线孔13位于一条直线上对准，并在该状态下将喷淋板1 固定之后，使前端部分为前端渐细形状的线材14穿通喷出孔2，并使 其固定在导向座12部分和导线孔13部分。该导向座12和导线孔13 被安装在与沿着滑轨15滑动的滑块16相连接的支架17上，形成为在 托架18和平衡块(重物)19经由滚轴20由绳索21连接的状态下，通
25 过使平衡块19上下移动，来使涂附有金刚石磨粒的前端渐细形状的线 材14在喷出孔2内在上下方向往复移动的结构。 一边使前端部分为前 端渐细形状的线材14在喷出孔2的中心轴方向往复移动， 一边使其顺 次从线材直径小的一方向着线材直径大的一方、最终到线材14的直线 部(直边部straight)为止进行滑动，由此，最后能够研磨成喷出孔2
30 的喷出口 2a的尺寸精度为Od士0.002mm以内乃至更高精度的0>d± 0.001mm以内，并且喷出孔内表面的表面粗糙度为0.5s以内。
其中，在本实施方式中，虽然是将喷淋板1固定，并使前端部分 为前端渐细形状的线材14在喷出孔2的中心轴方向往复移动，但是相
反，也可以是在使通过喷出孔2内的前端渐细形状的线材14固定的状
态下，使喷淋板l沿上下方向往复移动的结构，以此来进行线材研磨。
5 这样，由于线材14在喷出孔的喷出口 2a内在与喷出孔2的轴心平行 的方向上往复移动，所以喷出口 2a的内表面的研磨条痕与喷出孔2的 轴心方向相平行。
虽然图中没有示出使线材的前端部分形成为前端渐细形状的装 置，但是，可以通过以下方法使线材的前端部分成为前端渐细形状。
io 首先，在能够沿左右方向往复移动的、面向上的板或者磨石上，将线 材放置在相对于磨石的往复移动方向为直角的方向上，并以一定压力 将面向下的板或者磨石搭放(骑放)在其上面。该面向下的板或者磨 石构成为左右方向与面向上的板或者磨石平行、而前后方向倾斜的面， 通过使面向上的磨石左右往复移动，而能够制作出前端部分为前端渐
15 细形状的线材。其中，在不是面向上下的磨石而是板的情况下，通过 对板而供给磨粒，也能够制作出前端部分为前端渐细形状的线材。
图4是表示对研磨线材赋予旋转运动的研磨装置的纵截面图。在 该图所示的研磨装置中，将滑轮(pulley) 25a和滑轮25b固定在通过 连接法兰23与减速电动机22连接的旋转轴24上，在该滑轮25a和滑
20 轮25b上分别安装有传送带26a和传送带26b。此外，通过该传送带 26a和传送带26b，将旋转力传递至分别与滑轮25a和滑轮25b相对的 滑轮27a和滑轮27b上，由此，能够使旋转体28a和28b以完全相同 的转速旋转。
在该旋转体28a和28b上分别安装有夹头29a和29b，插通喷淋板 25 1的喷出孔2的、前端渐细形状的研磨线材14在施加有张力的状态下 被系结在该夹头29a和29b上。此外， 一边使喷淋板1与基底10 —起 在上下方向往复移动，或使旋转机构整体、即研磨线材14在上下方向 往复移动， 一边使研磨线材14从前端部滑动到基端部，由此，能够高 能率地利用涂附有磨粒的旋转状态的研磨线材14进行精研磨。 30 图4的符号30表示线性滚珠轴承。其中，虽然在图4中没有图示，
但是优选并用图3所示的导向座12和导线孔13等机构。
图5是表示对研磨线材赋予超声波振动的研磨装置的纵截面图。 在该图所示的研磨装置中，将插通喷淋板1的喷出孔2的研磨线材14
的基端部系结在与下方臂31相系结的超声波振动装置32的夹头32a (线材系结部)上，利用安装在上方臂33上的线材系结件34在对研 5 磨线材14施加有张力的状态下系结该研磨线材14的前端部分，由此 使由超声波振动装置32产生的超声波振动作用于研磨线材14的轴心 方向。其中，上方臂33和下方臂31被安装在轴35上，该轴35安装 成通过线性滚珠轴承30能够在支柱36上进行上下移动，所以，超声 波振动装置32产生的超声波振动也能够传递到上方臂33、下方臂34
io 和轴35上，由此，使研磨线材14的振动不受拘束。
在该研磨装置中， 一边使基底板37在上下方向往复移动，即、使 研磨线材14往复移动，或使喷淋板1与基底10 —起在上下方向往复 移动， 一边使研磨线材14从前端部向基端部的方向顺次滑动，由此对 喷出孔2的喷出口进行精研磨。
15 图6是表示对研磨线材赋予超声波振动的其它研磨装置的纵截面
图。在该图所示的研磨装置中，将通过线性滚珠轴承30安装在支柱36 的臂36a上的、能够上下自由移动的轴35系结在超声波振动装置32 的夹头32a上，利用线材系结件34和夹头38在施加有张力的状态下 将插通喷淋板1的喷出孔2的研磨线材14系结在从轴35延伸出的上
20 方臂33和下方臂31上，超声波振动32沿研磨线材14的轴心方向进 行传递。
该研磨装置与图5的研磨装置相同， 一边使基底板37在上下方向 往复移动，即、使研磨线材14往复移动，或使喷淋板1与基底10 — 起在上下方向往复移动， 一边使研磨线材从前端部向基端部的方向顺 25 次滑动，由此，对喷出孔2的喷出口进行精研磨。
其屮，虽然在图5和图6中没有图示，但是优选并用图3所示的 导向座12和导线孔13等机构。
图7是表示对研磨线材赋予旋转运动和超声波振动的研磨装置的 纵截面图。在该图所示的研磨装置中，在与电动机直结型超声波振动 30 装置39同轴地安装的微电动机40的旋转轴40a上，安装有由夹头41a 和夹头螺母41b构成的线材系结件41 ，利用该线材系结件41在自由状
态下连接插通喷淋板1的喷出孔2的研磨线材14的前端。
在该研磨装置中，通过线性滚珠轴承30将电动机直结型超声波振
动装置39连接在支柱36上，由此使超声波振动作用于研磨线材14的 旋转和轴心方向，通过使研磨线材14或喷淋板1在上下方向往复移动， 5 对喷出孔2的喷出口迸行精研磨。 实施例
以下，参照图1说明本发明的喷淋板及其制造方法。 首先，在纯度为99.95%以上的八1203微粉末中配合调整0.1到5 质量％的纯度为99.9%以上的丫203微粉末而构成烧结用原料粉末，通
io 过冷等静压(CIP)法使配合调整完的烧结用原料粉末成形，得到形成 为留有烧结收缩余料和精加工余料的形状的圆板状成形体。此外，从 该圆板状成形体的横方向向着圆板的中心，使用与喷淋板制成品的气 体导入通路3的直径($lmm)对应的短钻头，对入口部3a进行加工， 之后，沿着入口部3a的轴心，使用长钻头穿设加工长孔3b，并一直加
i5 工至圆板中央。这样，通过并用短钻头和长钻头，而能够将气体导入 通路3的长孔3b部分的同心度和垂直度形成在0.002mm以内。
接着，使用相同尺寸的短钻头，在圆板状成形体的背面侧6的中 心部穿设开口部3c，并使其与长孔3b的前端部连通。其中，也可以首 先穿设出该开口部3c，之后， 一直将长孔3b穿设到圆板的中央，使得
20 从入口部3a到开口部3c连通。
进而，使用一定大小的钻头，至相当于喷淋板制成品的喷出孔2 的喷出口 2a的长度为0.5mm的位置为止，从圆板状成形体的背面侧6 向着正面侧5穿设盲孔(blindhole)，使得精加工后的喷出孔2的主体 部分2b的直径D为lmm。
25 接着，从圆板状成形体的正面侧5或者背面侧6的方向，使用能
够使喷淋板制成品的喷出孔2的喷出口 2a的直径d为O.lmm的小直径 钻头，沿着上述盲孔的中心轴穿设喷出口 2a，从而使喷出孔2连通。
通过公知的方法对加工形成有该多个喷出孔2和气体导入通路3 的成形体孔的圆板状成形体进行烧结，之后，对其进行热等静压(HIP)
30 处理，由此得到相对密度为99.4%以上、更优选为99.5%以上，介电损 失为5X1(T3 1X10—s的致密喷淋板用的烧结材料。
通过金刚石磨石和金刚石磨粒将该烧结材料的两面和外周的整个 表面研削并精研磨成表面粗糙度为Is以内，更优选为0.5s以内。
接着，为了精研磨直径为1mm的气体导入通路3，制作准备基底 部的直径为0.9mm、前端部长度为10mm范围内的直径为0.990mm， 5 而且为了将该前端部沿轴心方向均等分割，至少在一个地方、优选在 两个地方加入有缝隙的心轴(mandrd)。在该心轴前端的分割部分涂附 磨粒径为5ym的金刚石研磨膏(diamondpaste),使之高速旋转并沿着 气体导入通路3的轴心插入。伴随着高速旋转，心轴的被分割的前端 部的直径由于离心力而扩大，研磨压力起作用，由此进行精研磨，使 io 得气体导入2部通路3的表面粗糙度为Is以内，更优选为0.5s以内。
接着，说明喷出孔2的精研磨方法。在实施例中，上述烧结材料 屮喷出孔2的主体部分2b的直径尺寸为0.995 1.00mm，喷出孔2的 喷出口 2a的直径尺寸为0.093 0.098mm。
喷出孔2的主体部分2b的研磨是，在与之前说明的心轴相同尺寸 15 的心轴上涂附磨粒径为5pm的金刚石研磨膏，使之高速旋转并沿着喷 出孔2的轴心插入，由此使得直径D为l.Omm，尺寸精度为士0.002mm 以内。
另一方面，为了研磨喷出孔2的喷出口 2a，而制作出已加工成前 端渐细形状的研磨用线材，使得线材的直径尺寸为0.093mm，在全长 20 200mm中、前端部分的长度为100mm范围内的线材前端的直径尺寸为 0.08mm。
接着，在图3所示的线材研磨装置上安装已完成上述加工的喷淋 板用的坯料，在喷出孔2的喷出孔2a中插入上述线材14的前端，将 平均粒径为4pm的金刚石磨粒涂附于线材14上，在喷出孔2的喷出口
25 2a的轴心方向上使线材14往复移动。此时，使线材14顺次向线材直 径大的一方滑动，最终在直径尺寸为0.093mm的基端部部分往复研磨， 由此，将所有的喷出孔2的喷出口 2a精研磨成直径尺寸d在0.1± O.OOlmm的范围内。
其中，测定精研磨部分的表面粗糙度的结果为气体导入通路3
30 和喷出孔2的主体部分2b在0.5s以内，喷出孔2的喷出口 2a在0.4s 以内。此外，使线材14在喷出孔2的轴心方向往复移动，由此，在喷
出口2a的内表面，使研磨条痕与喷出孔2的轴心方向平行。
此外，根据图4到图7所示的各研磨装置，对喷出孔2的喷出口 2a进行完精研磨的结果是喷出口 2a的直径尺寸d在任何情况下均在 0.1士0.001mm的范围内，而且使用研磨线材14上涂附的平均粒径4pm 的金刚石磨粒的结果是，能够达到喷出口 2a的表面粗糙度为0.4s以内 的面精度。
最后，对于完成研削和研磨加工等精加工后的喷淋板，通过超精 密的超声波洗净将各部分附着或固着的微粒子和污垢完全除去，由此 不产生微粒，可以得到喷淋板制成品。
产业上的可利用性
本发明适用于CVD装置和干蚀刻装置等半导体制造装置所使用的 喷淋板的制造。
权利要求
1.一种喷淋板，其特征在于，包括气体导入通路，其使从圆板状板的一个侧面向着中央部以直线状穿设的长孔以及从长孔的前端部分以直角向着圆板状板的背面侧穿设的开口部连通；和从圆板状板的背面侧向着正面侧穿设的用于喷出处理气体的多个喷出孔，其中，喷出孔的主体部分及其喷出口在同一轴心上连通，所述喷出孔的喷出口的直径尺寸为0.1以上不满0.3mm，并且喷出口的直径尺寸公差为±0.002mm以内的精度。
2. 如权利要求1所述的喷淋板，其特征在于所述圆板状板由对烧结用原料粉末进行烧结而成的陶瓷材料构成，该该烧结用原料粉末由95 100质量％的纯度为99.95%以上的 15 Ab03微粉末和剩余部分为0 5质量％的纯度为99.9%以上的Y203、 0203和MgO中的至少一种微粉末经粉碎混合调整而成，该陶瓷材料 的特性为具有99.4%以上的相对密度，介电损失为5X10—3 1X10—5。
3. 如权利要求1所述的喷淋板，其特征在于20 所述圆板状板由对烧结用原料粉末进行烧结而成的陶瓷材料构 成，该该烧结用原料粉末由95 100质量％的纯度为99.95%以上的 八1203微粉末和剩余部分为0 5质量％的纯度为99.9%以上的Y203、 Ce203和MgO中的至少一种微粉末经粉碎混合调整而成，该陶瓷材料 的特性为具有97.5% 99%的相对密度，介电损失为5X 10—3 1 X 10—5。
4. 一种喷淋板的制造方法，其用于制造权利要求1 3中任一项将前端部分形成为前端渐细形状的研磨线材插通由烧结陶瓷材料 构成的喷淋板的喷出孔，一边使所述研磨线材从前端部向基端部的方向顺序滑动， 一边使研磨线材或者喷淋板作往复运动，由此对喷出孔的喷出口进行精加工。
5. 如权利要求4所述的喷淋板的制造方法，其特征在于 利用陶瓷材料的烧结用原料粉末得到形成为留有烧结收缩余料和5精加工余料的形状的圆板状成形体，在所述圆板状成形体的规定位置从背面侧形成盲孔状的喷出孔的 本体部分，接着，从圆板状成形体的正面侧或者背面侧沿所述盲孔状的本体 部分的轴心形成喷出口并使其与喷出孔连通之后，进行烧结。10
6. 如权利要求4所述的喷淋板的制造方法，其特征在于 利用陶瓷材料的烧结用原料粉末得到形成为留有烧结收縮余料和精加工余料的形状的圆板状成形体，从得到的圆板状成形体的横方向，利用短钻头加工气体导入通路 15 的入口部，接着，在同一轴心方向上利用长钻头穿设直到圆板中央的长孔并 使其与在板背而侧穿设的开口部连通之后，进行烧结。
7. 如权利要求4所述的喷淋板的制造方法，其特征在于20 将前端部分形成为前端渐细形状的研磨线材插通由烧结陶瓷材料 构成的喷淋板的喷出孔，在对所述研磨线材施加张力的状态下，将所述研磨线材的前端与 基端部夹紧在旋转体上，一边使所述两端的旋转体在同一轴心上以同一转速旋转， 一边使 25所述研磨线材或者喷淋板作往复运动，由此对喷出孔的喷出口进行精 加工。
8. 如权利要求4所述的喷淋板的制造方法，其特征在于 将前端部分形成为前端渐细形状的研磨线材插通由烧结陶瓷材料30 构成的喷淋板的喷出孔，将所述研磨线材的基端部系结在超声波振动加工装置的线材系结部上，同时在对所述研磨线材施加张力的状态下对其前端部进行固定， 一边对所述研磨线材施加轴心方向上的超声波振动， 一边使研磨 线材或者喷淋板作往复运动，由此对喷出孔的喷出口进行精加工。
9.如权利要求4所述的喷淋板的制造方法，其特征在于将前端部分形成为前端渐细形状的研磨线材插通由烧结陶瓷材料 构成的喷淋板的喷出孔，将所述研磨线材的两端在施加有张力的状态下固定在从能够上下 自由移动的轴的上下部分分别延伸出的臂上， 10 在所述轴的轴心的上部或者下部安装超声波振动装置， 一边向与轴联动的研磨线材施加轴心方向的超声波振动， 一边使研磨线材或者 喷淋板作往复运动，由此对喷出孔的喷出口进行精加工。
10. 如权利要求4所述的喷淋板的制造方法，其特征在于 将前端部分形成为前端渐细形状的研磨线材插通由烧结陶瓷材料 构成的喷淋板的喷出孔，将所述研磨线材的一端系结在与超声波振动装置连接的可旋转且波振动和旋转运动， 一边使研磨线材或者喷淋板作往复运动，由此对 20 喷出孔的喷出口进行精加工。
11. 如权利要求4所述的喷淋板的制造方法，其特征在于 以使喷出孔的喷出口内表面的研磨条痕与喷出孔的轴心平行的方式进行精加工。
全文摘要
本发明提供一种喷淋板，其处理气体的喷出孔结构简单且能容易地加工形成，而且喷出孔尺寸精度高，不发生处理气体的喷出偏差和不均，具有一定品质和互换性。压制成型低介电率陶瓷材料用粉末，将外形尺寸成形为留有烧结收缩余料和精加工余料的圆板状，在该圆板状成形体阶段，在穿设完气体导入通路(3)和喷出孔(2)的成形体用孔后进行烧结，并将气体导入通路(3)和喷出孔主体部分(2b)的表面粗糙度研磨至1s以内，一边使前端部分为前端渐细形状的研磨用线材插通喷出口(2a)并往复移动，一边顺次向线材直径大的方向滑动，由此精加工成直径在0.1以上不满0.3mm范围内，尺寸精度在±0.002mm以内，且表面粗糙度在1s以内。
文档编号H01L21/205GK101176187SQ20068001297
公开日2008年5月7日 申请日期2006年4月14日 优先权日2005年4月18日
发明者大见忠弘, 桶作正广 申请人:东京毅力科创株式会社;国立大学法人东北大学