一种用于远程等离子体源的铝合金腔体及其制备方法与流程

本发明属于半导体制造，特别涉及一种用于远程等离子体源的铝合金腔体及其制备方法。

背景技术：

1、远程等离子体源（remote plasma source, rps）通过将等离子体生成区与工艺区分隔，可有效避免高能离子对敏感器件的直接损伤，广泛应用于芯片蚀刻、表面清洗、薄膜沉积等半导体制造工艺。在rps典型的介质阻挡放电（dielectric barrier discharge,dbd）构型中，放电腔体通常采用铝合金（如6061铝合金）制成，其内壁表面覆盖一层氧化膜作为介质阻挡层。点火时，工作气体填充于两层介质之间的气隙中，依赖于高压电场击穿气体产生初始电离，实现工作气体点火。

2、然而，在实际应用中，不同制程的工艺气体种类、流量均有差异，依据帕邢定律，它们点火击穿电压也会随之变化，若所需击穿电压高于原先设定的固定点火电压，则会导致rps点火失败，影响半导体产线的生产效率。此外，除了工艺气体变化外，一些不可控因素同样会造成rps点火成功率降低，比如反应腔室内扩散的空气分子、水分子、氟化物气体和前驱体，可能吸附在rps的腔体表面上或混入点火气体，导致rps点火失败。

3、因此，亟需一种获得高混气点火性能铝合金腔体的技术方案，能够满足不同工艺气体的点火需求，实现rps稳定点火。

4、专利cn117615498b公开了一种多工艺参数调控的远程等离子体源的点火方法，通过调节不同气体类型点火时的气体压力p、气体流量q和腔室气体温度t，以达到最小点火击穿电压，并根据v min调节点火电压阈值；根据点火电压阈值进行点火，以实现气体点火同时，降低高电压对膜层损伤。专利cn120957302a公开了气体解离腔体放电结构及点火控制方法，通过设置多层金属网以拓宽帕刑曲线的取值范围，工作气体点火时沿趋近最低击穿电压所对应的电极距离的金属网放电，从而降低rps点火时的击穿电压，提高rps点火成功率。然而，在dbd放电模型中，介质的性能（例如表面状态、致密度等）对于点火成功率具有更大的影响，现有技术针对气体的调节依然受到放电介质的限制，当放电介质性能不足时，依然存在点火失败的风险。

5、专利cn121439661a公开了一种氢氧混合点火时的安全控制系统及方法，通过在点火腔室的上下游设置两个压力监测点，结合第一压力和第二压力实时数据控制进气开关和点火组件，从而实现氢气和氧气的混合点火，且避免因腔内压力过大导致爆炸。但该技术方案仅针对氢氧混合气体，其他工艺气体的点火成功率并未提及，并且也是针对气体压力调节。

6、综上，现有技术并未从dbd放电介质角度，来解决rps混气点火的性能和成功率。因此，亟需一种专门针对铝合金腔体的技术方案，以提升dbd放电模型下的rps混气点火性能。

技术实现思路

1、为了解决rps在混气点火时存在点火失败的偶发问题，本发明提出一种用于远程等离子体源的铝合金腔体及其制备方法。

2、本发明提供了一种用于远程等离子体源的铝合金腔体，包括铝合金腔体和形成于所述铝合金腔体内壁表面的硬质阳极氧化膜；所述硬质阳极氧化膜的总厚度为40~65μm；所述硬质阳极氧化膜的多孔层中填充物为晶态勃姆石；所述硬质阳极氧化膜的粗糙度小于0.6μm。

3、优选地，所述铝合金腔体的表面粗糙度ra值为0.2~0.4μm。

4、优选地，所述硬质阳极氧化膜的微裂纹宽度小于1μm。

5、优选地，所述硬质阳极氧化膜的表面基本无疏松层。

6、如图1所示，本发明还提供了一种用于远程等离子体源的铝合金腔体制备方法，包括以下步骤：

7、（1）铝合金腔体表面依次进行打磨、脱脂、碱蚀和出光处理，使铝合金腔体表面洁净，且表面粗糙度ra值为0.2~0.4μm；

8、（2）在所述铝合金腔体表面进行阳极氧化，控制电流密度与时间的乘积为122~199a·min/dm2；

9、（3）将阳极氧化后的铝合金腔体进行封孔处理；

10、（4）将封孔后的铝合金腔体进行抛灰处理；

11、（5）清洗、烘干，获得用于远程等离子体源的铝合金腔体。

12、优选地，所述步骤（3）中的封孔处理为热水封孔和蒸汽封孔中的一种或组合，封孔温度不低于90℃。

13、优选地，所述步骤（4）中的抛灰处理采用1000目以上的打磨工具，处理时间为30s-5min。

14、优选地，所述步骤（5）中的烘干温度为50-100℃。

15、有益效果

16、（1）本发明通过严格控制硬质阳极氧化膜的总厚度、以晶态勃姆石填充多孔层，并优化膜层表面粗糙度及去除疏松层，有效降低了膜层内部的微孔隙密度与结构缺陷，改善了膜层表面状态，提升了氧化膜整体的介电稳定性，从而使电源输出的点火电压更高效地用于气体击穿电离，同时避免因膜层微观薄弱点（厚度不均、孔隙、微裂纹）在高电压下被优先击穿而形成微小电弧，导致膜层过早损伤。上述综合作用使得远程等离子体源在不同气体类型和压力条件下的混气点火成功率和稳定性大幅提升。

17、（2）本发明提供的铝合金腔体制备方法，通过前处理工序控制铝合金腔体粗糙度，结合电流密度与时间的乘积调节，从而精准控制氧化膜厚度、降低氧化膜粗糙度，使膜层具有更好的均匀性、结构致密性，减少薄弱点形成，降低点火过程中的电压损耗。铝合金腔体的粗糙度过低或过高均会导致氧化膜粗糙度升高，能量输入过高或过低则会导致膜层疏松或耐压性能不足，本方法通过参数协同优化有效规避了上述问题，提升混气点火性能。

18、（3）本发明提供的铝合金腔体制备方法，通过封孔处理使多孔层获得晶态水铝石填充，显著减少了微孔隙并提升介电性能，使更高比例的点火电压有效作用于气体击穿；结合抛灰处理去除封孔后表面残留浮灰，有效减少氧化膜对腔室内残余气体分子的吸附和使用后的颗粒物形成，保障腔体长期点火的稳定性和洁净度。

19、（4）本发明提供的铝合金腔体制备方法，通过烘干温度控制，避免氧化膜的微裂纹扩展和二次萌生，确保氧化膜结构完整性，保障腔体的服役可靠性。

1.一种用于远程等离子体源的铝合金腔体，其特征在于，包括铝合金腔体和形成于所述铝合金腔体内壁表面的硬质阳极氧化膜；所述硬质阳极氧化膜的总厚度为40~65μm；所述硬质阳极氧化膜的多孔层中填充物为晶态勃姆石；所述硬质阳极氧化膜的粗糙度小于0.6μm。

2.根据权利要求1所述的铝合金腔体，其特征在于，所述铝合金腔体的表面粗糙度ra值为0.2~0.4μm。

3.根据权利要求1所述的铝合金腔体，其特征在于，所述硬质阳极氧化膜的微裂纹宽度小于1μm。

4.根据权利要求1所述的铝合金腔体，其特征在于，所述硬质阳极氧化膜的表面基本无疏松层。

5.一种用于远程等离子体源的铝合金腔体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的封孔处理为热水封孔和蒸汽封孔中的一种或组合，封孔温度不低于90℃。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的抛灰处理采用1000目以上的打磨工具，处理时间为30s-5min。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中的烘干温度为50-100℃。