一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法与流程

本发明涉及石英部件表面处理，尤其涉及一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法。

背景技术：

1、石英材质具有耐高温、耐腐蚀、低热膨胀系数和良好电绝缘性能，广泛用于制造半导体等离子体蚀刻设备中的电极、聚焦环、喷淋头和内衬等部件，上述部件的表面状态会影响腔室颗粒水平、热启动时间和蚀刻工艺稳定性，因此需要通过研磨、抛光或化学蚀刻对其表面进行处理。

2、石英部件经机械加工后，表面容易残留三角形凸起、尖峰状凸起、尖锐棱角和微裂纹，这些结构受到等离子体轰击时容易开裂、剥落并产生颗粒污染，现有化学蚀刻工艺通常采用固定的浓度、温度和时间，或者仅以轮廓算术平均偏差ra作为处理终点，难以反映表面尖峰的数量和锐度，由于不同部件的初始表面状态存在差异，固定工艺还容易造成处理不足或处理过度，难以同时保证表面形貌、颗粒性能和处理一致性。

3、因此，需要设计一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法，包括以下步骤：

4、s1、提供石英材质的半导体蚀刻设备部件，在该半导体蚀刻设备部件用于暴露于等离子体环境的待处理表面上确定定位检测区域和固定检测条件，固定检测条件包括取样面积、空间滤波参数和峰分割参数；获取定位检测区域的初始表面形貌数据，并根据初始表面形貌数据确定初始峰密度spd0和初始算术平均峰顶曲率spc0；

5、s2、配制由氢氟酸、氟化铵和水组成的基础蚀刻液，将基础蚀刻液直接作为工作蚀刻液，或者采用去离子水稀释基础蚀刻液以得到工作蚀刻液，并将基础蚀刻液占工作蚀刻液总体积的百分比记为基础液体积分数；

6、s3、使待处理表面与工作蚀刻液接触并进行一个蚀刻段，完成该蚀刻段后，将待处理表面与工作蚀刻液分离，依次对待处理表面进行去离子水漂洗和干燥；

7、s4、按照s1确定的定位检测区域和固定检测条件获取当前表面形貌数据，并根据当前表面形貌数据确定当前轮廓算术平均偏差rai、当前峰密度spdi和当前算术平均峰顶曲率spci；

8、s5、设置预设ra范围，基于初始峰密度spd0设定低于spd0的预设spd上限，并基于初始算术平均峰顶曲率spc0设定低于spc0的预设spc上限；将rai、spdi和spci分别与预设ra范围、预设spd上限和预设spc上限进行比较，当rai位于预设ra范围内、spdi不大于预设spd上限且spci不大于预设spc上限时，终止蚀刻；当rai高于预设ra范围的上限时，使下一蚀刻段的基础液体积分数和蚀刻持续时间均不高于上一蚀刻段，并使基础液体积分数和蚀刻持续时间中的至少一项低于上一蚀刻段；当rai位于预设ra范围内且spdi或spci高于对应预设上限时，使下一蚀刻段的基础液体积分数和蚀刻持续时间均低于上一蚀刻段；当rai低于预设ra范围的下限时，终止蚀刻；完成下一蚀刻段后重复执行s3至s5，直至达到蚀刻终止条件。

9、进一步的，基础蚀刻液中氢氟酸的质量百分含量大于0且小于10%，氟化铵的质量百分含量大于0且小于20%，余量为水；工作蚀刻液的基础液体积分数为20%～100%。

10、进一步的，各蚀刻段的蚀刻温度为15～50℃，全部蚀刻段中待处理表面与工作蚀刻液的接触时间总和为30～360min。

11、进一步的，表面形貌数据采用相干扫描干涉仪、激光共聚焦显微镜或三维光学轮廓仪获取；固定检测条件还包括检测设备及其光学配置、轮廓提取方向、评价长度和形状去除参数；spdi和spci按照iso25178-2:2021规定的面形貌特征参数评价方法确定，rai根据表面形貌数据中提取的轮廓数据确定。

12、进一步的，预设ra范围为0.45～0.65μm，预设spd上限为初始峰密度spd0的60%，预设spc上限为初始算术平均峰顶曲率spc0的70%。

13、进一步的，第一蚀刻段的基础液体积分数为60%～80%，蚀刻持续时间为60～90min；第二蚀刻段的基础液体积分数为40%～60%，蚀刻持续时间为30～60min；后续精修蚀刻段的基础液体积分数为20%～40%，单个精修蚀刻段的持续时间为15～30min。

14、进一步的，待处理表面在处理前具有三角形凸起、尖峰状凸起和具有尖锐棱角的凸起中的一种或多种；完成处理后，三角形凸起、尖峰状凸起和具有尖锐棱角的凸起形成圆弧状或曲面状的连续过渡轮廓。

15、一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的分段蚀刻液组，包括第一工作蚀刻液和第二工作蚀刻液，第一工作蚀刻液和第二工作蚀刻液均由基础蚀刻液和去离子水组成，将基础蚀刻液占工作蚀刻液总体积的百分比记为基础液体积分数，第二工作蚀刻液的基础液体积分数低于第一工作蚀刻液的基础液体积分数，基础蚀刻液的组成以及第一工作蚀刻液和第二工作蚀刻液的基础液体积分数满足下列任一种配置：

16、基础蚀刻液按质量百分比计由3.0%的氢氟酸、10.0%的氟化铵和87.0%的水组成，第一工作蚀刻液的基础液体积分数为60%，第二工作蚀刻液的基础液体积分数为40%；

17、基础蚀刻液按质量百分比计由5.0%的氢氟酸、15.0%的氟化铵和80.0%的水组成，第一工作蚀刻液的基础液体积分数为70%，第二工作蚀刻液的基础液体积分数为50%；

18、或者，基础蚀刻液按质量百分比计由8.0%的氢氟酸、18.0%的氟化铵和74.0%的水组成，第一工作蚀刻液的基础液体积分数为80%，第二工作蚀刻液的基础液体积分数为60%。

19、进一步的，基础蚀刻液按质量百分比计由5.0%的氢氟酸、15.0%的氟化铵和80.0%的水组成，第一工作蚀刻液的基础液体积分数为70%，第二工作蚀刻液的基础液体积分数为50%，去离子水的电阻率不低于18mω·cm。

20、进一步的，基础蚀刻液按质量百分比计由8.0%的氢氟酸、18.0%的氟化铵和74.0%的水组成，分段蚀刻液组还包括精修工作蚀刻液，精修工作蚀刻液由基础蚀刻液和去离子水组成，精修工作蚀刻液的基础液体积分数为35%。

21、与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、本发明提供了一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法，通过采用含氢氟酸和氟化铵的蚀刻液进行分段蚀刻，并根据ra、spd和spc调节后续蚀刻条件，与现有技术相比，能够减少表面尖峰并形成平缓连续的表面形貌，降低等离子体环境下的颗粒产生，缩短热启动时间，提高处理一致性和表面稳定性，具有广泛的应用前景。

1.一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法，其特征在于，基础蚀刻液中氢氟酸的质量百分含量大于0且小于10%，氟化铵的质量百分含量大于0且小于20%，余量为水；工作蚀刻液的基础液体积分数为20%～100%。

3.根据权利要求1所述的一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法，其特征在于，各蚀刻段的蚀刻温度为15～50℃，全部蚀刻段中待处理表面与工作蚀刻液的接触时间总和为30～360min。

4.根据权利要求1所述的一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法，其特征在于，表面形貌数据采用相干扫描干涉仪、激光共聚焦显微镜或三维光学轮廓仪获取；固定检测条件还包括检测设备及其光学配置、轮廓提取方向、评价长度和形状去除参数；spdi和spci按照iso25178-2:2021规定的面形貌特征参数评价方法确定，rai根据表面形貌数据中提取的轮廓数据确定。

5.根据权利要求1所述的一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法，其特征在于，预设ra范围为0.45～0.65μm，预设spd上限为初始峰密度spd0的60%，预设spc上限为初始算术平均峰顶曲率spc0的70%。

6.根据权利要求1所述的一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法，其特征在于，第一蚀刻段的基础液体积分数为60%～80%，蚀刻持续时间为60～90min；第二蚀刻段的基础液体积分数为40%～60%，蚀刻持续时间为30～60min；后续精修蚀刻段的基础液体积分数为20%～40%，单个精修蚀刻段的持续时间为15～30min。

7.根据权利要求1所述的一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的方法，其特征在于，待处理表面在处理前具有三角形凸起、尖峰状凸起和具有尖锐棱角的凸起中的一种或多种；完成处理后，三角形凸起、尖峰状凸起和具有尖锐棱角的凸起形成圆弧状或曲面状的连续过渡轮廓。

8.一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的分段蚀刻液组，其特征在于，包括第一工作蚀刻液和第二工作蚀刻液，第一工作蚀刻液和第二工作蚀刻液均由基础蚀刻液和去离子水组成，将基础蚀刻液占工作蚀刻液总体积的百分比记为基础液体积分数，第二工作蚀刻液的基础液体积分数低于第一工作蚀刻液的基础液体积分数，基础蚀刻液的组成以及第一工作蚀刻液和第二工作蚀刻液的基础液体积分数满足下列任一种配置：

9.根据权利要求8所述的一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的分段蚀刻液组，其特征在于，基础蚀刻液按质量百分比计由5.0%的氢氟酸、15.0%的氟化铵和80.0%的水组成，第一工作蚀刻液的基础液体积分数为70%，第二工作蚀刻液的基础液体积分数为50%，去离子水的电阻率不低于18mω·cm。

10.根据权利要求8所述的一种用于处理石英材质的半导体蚀刻设备部件表面的分段蚀刻液组，其特征在于，基础蚀刻液按质量百分比计由8.0%的氢氟酸、18.0%的氟化铵和74.0%的水组成，分段蚀刻液组还包括精修工作蚀刻液，精修工作蚀刻液由基础蚀刻液和去离子水组成，精修工作蚀刻液的基础液体积分数为35%。