特許 6348725 プラズマ処理装置の硬質脆性構成要素のための延性モード機械加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6348725

(24)【登録日】2018年6月8日

(45)【発行日】2018年6月27日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置の硬質脆性構成要素のための延性モード機械加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20180618BHJP

   B23B 1/00 20060101ALI20180618BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   B23B1/00 G

【請求項の数】20

【外国語出願】

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-23345(P2014-23345)

(22)【出願日】2014年2月10日

(65)【公開番号】特開2014-160817(P2014-160817A)

(43)【公開日】2014年9月4日

【審査請求日】2017年2月3日

(31)【優先権主張番号】13/771,933

(32)【優先日】2013年2月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592010081

【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100102989

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 佳知

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・エフ．・スタンプ

(72)【発明者】

【氏名】ティモシー・ダイアー

(72)【発明者】

【氏名】デビッド・アレン・ルバーグ

(72)【発明者】

【氏名】リホア・エル．・ホアーン

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１０４８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０３５８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８１８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０８２４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３０６８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４２９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３０９６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１１３５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｂ２３Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理装置の非金属硬質脆性材料から成る構成要素を延性モード機械加工する方法であって、
ダイヤモンド切削工具で前記構成要素を一点旋削することにより、前記非金属硬質脆性材料の一部に高圧相変態を受けさせてチップ形成時に前記非金属硬質脆性材料の延性相部分を形成することを備え、
旋削面が相変化材料から形成され、前記旋削面は相変化材料の溝付きテクスチャ表面である、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、（ａ）前記構成要素の前記旋削面の所定の表面粗さ（Ｒａ）は旋削された前記構成要素の前記溝付きテクスチャ表面を形成すること、（ｂ）前記旋削面の前記所定の表面粗さは約０．００１から０．２μｍであること、（ｃ）前記旋削面の前記溝付きテクスチャ表面はらせん状のパターンであること、（ｄ）前記旋削面の前記溝付きテクスチャ表面は光回折パターンを示すこと、（ｅ）前記旋削面の前記溝付きテクスチャ表面は仕上げ旋削面を形成すること、および（ｆ）前記構成要素はＳｉで形成され、前記旋削面を形成する前記相変化材料は非晶質シリコンを含むこと、の少なくともいずれか１つを含む、方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法であって、前記溝付きテクスチャ表面には、表面下損傷がない、方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法であって、前記高圧相変態を受ける部分は、レーザ光が照射され、（ａ）前記レーザ光は、前記延性相部分によって吸収されることで前記延性相部分を加熱して前記延性相部分の硬度を減少させ、および／または、（ｂ）前記レーザ光は、約４００から１５００ナノメートルの波長を有する、方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、（ａ）前記切削の深さは約０．２５から５０μｍであり、前記送り速度は約０．１から５０μｍ／回転であり、前記構成要素は約５００から１，５００回転／分で回転されること、（ｂ）前記切削の深さは約０．２５から５０μｍであり、前記送り速度は約０．２から３μｍ／回転であり、前記構成要素は約５００から１，０００回転／分で回転されること、および（ｃ）前記切削の深さは前記構成要素の一点旋削中に増大および／または減少されること、または、（ｄ）前記送り速度は前記構成要素の一点旋削中に増大および／または減少されること、の少なくともいずれか１つを含む、方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法であって、前記非金属硬質脆性材料は、セラミック材料、シリコン含有材料、および、石英材料からなる群より選択される、方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法であって、前記構成要素は、エッジリング、シャワーヘッド電極、窓、ガスインジェクタ、プラズマ閉じ込めリング、チャンバライナ、または、静電チャックを含む、方法。

【請求項8】

請求項１に記載の方法であって、前記構成要素は、前記プラズマ処理装置の誘電体チャンバ部品である、方法。

【請求項9】

請求項１に記載の方法であって、（ａ）前記構成要素の前記旋削面は、起伏面形状を有し、および／または、（ｂ）前記構成要素の前記旋削面は、平面を形成する、方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法であって、前記起伏面形状は、ベベル、面取り部、曲面の三次元表面である、方法。

【請求項11】

請求項９に記載の方法であって、（ａ）前記平面の平坦度の変動は、約１．４μｍ未満であり、および／または、（ｂ）前記平面の平坦度の変動は、約０．３μｍ未満である、方法。

【請求項12】

請求項１に記載の方法であって、（ａ）前記延性モード機械加工された構成要素の前記旋削面を形成する前記相変化材料は、約０．０１から２μｍの厚さを有し、および／または、（ｂ）前記延性モード機械加工された構成要素の前記旋削面を形成する前記相変化材料は、約０．０１から０．５μｍの厚さを有する、方法。

【請求項13】

請求項１に記載の方法であって、さらに、前記旋削面の光学データを収集し、不規則性を検出できるように前記光学データを処理すること、を備える、方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の方法であって、（ａ）前記光学データは、肉眼視、散乱計、顕微鏡、または、干渉計で収集され、および／または、（ｂ）不規則性の検出は、不均一な表面粗さまたは露出した表面下損傷の検出を含む、方法。

【請求項15】

請求項１に記載の方法であって、さらに、（ａ）前記構成要素を延性モード機械加工する前に、旋盤に設置された研削工具で、前記非金属硬質脆性材料の前記構成要素を所定の形状に研削すなわち荒削りし、および／または、（ｂ）前記構成要素を所定の形状にダイヤモンド旋削できるように、前記研削工具から、前記旋盤に設置されたダイヤモンド切削工具に切り替えることを備える、方法。

【請求項16】

請求項１に記載の方法であって、前記一点旋削を実行する前記ダイヤモンド切削工具は、（ａ）単結晶天然ダイヤモンド切削工具、または、（ｂ）合成ダイヤモンド切削工具である、方法。

【請求項17】

プラズマ処理装置の構成要素を交換する方法であって、使用済み構成要素が腐食した時に、前記使用済み構成要素を前記プラズマ処理装置から取り除き、前記使用済み構成要素を請求項１の方法で製造された前記構成要素に交換すること、を備える、方法。

【請求項18】

請求項１７に記載の方法であって、前記使用済み構成要素は、請求項１の方法で表面を修復された修復済み構成要素に交換される、方法。

【請求項19】

請求項１７に記載の方法であって、前記構成要素の材料は、セラミック材料、シリコン含有材料、および、石英材料からなる群より選択される、方法。

【請求項20】

プラズマ処理装置内で半導体基板をエッチングする方法であって、請求項１の方法で形成された構成要素を前記プラズマ処理装置のプラズマエッチングチャンバ内に設置し、前記プラズマエッチングチャンバ内で少なくとも１つの半導体基板をエッチングすること、を備える、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置の構成要素の機械加工に関し、特に、プラズマ処理装置のために非金属硬質脆性材料で形成される構成要素の一点旋削（ｓｉｎｇｌｅ ｐｏｉｎｔ ｔｕｒｎｉｎｇ）に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体材料処理の分野において、例えば、基板上の様々な材料のエッチングおよび蒸着、ならびに、レジスト剥離など、様々な処理を実行するために、真空処理チャンバを備える半導体材料処理装置が利用される。半導体技術が進歩するにつれて、トランジスタのサイズが小さくなるので、ウエハ処理および処理装置において、これまで以上に高い精度、再現性、および、清浄度が求められる。半導体処理のための装置には、様々なタイプが存在し、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、および、レジスト剥離など、プラズマの利用を伴う用途が含まれる。これらの処理に求められるタイプの装置は、プラズマチャンバ内に配置されてその環境中で機能しなければならない構成要素を備える。プラズマチャンバ内部の環境は、プラズマへの暴露、エッチャントガスへの暴露、紫外線への暴露、および、温度サイクリングを含みうる。かかる構成要素に用いられる材料は、チャンバ内の環境条件に耐え、そして、ウエハごとに複数の処理工程を含みうる処理を多くのウエハに対して行う場合でも同様に耐えうるように適合される必要がある。コスト効率を良くするには、かかる構成要素は、しばしば何百回または何千回のウエハサイクルに耐えつつ、機能および清浄度を保つ必要がある。一般に、粒子を生成する構成要素の公差は、それらの粒子がほとんどなく数十ナノメートルに満たない場合でも、極度に低い。また、プラズマ処理チャンバ内部で用いるために選択される構成要素は、最大のコスト効率で、これらの要件を満たす必要がある。

【0003】

このために、例えば、シャワーヘッド電極を形成する脆性構成要素に機械加工動作を施して、構成要素の表面を仕上げる。しかしながら、機械加工動作による表面処理は、脆性構成要素の表面に小さくてほとんど目に見えない微少クラックまたは穴を生じさせる。あらゆる種類の汚染物質が、微少クラックに蓄積する可能性があり、その汚染物質が、半導体処理中に微少クラックから解放されて、ウエハ上の半導体層蒸着物を汚染することがあるため、これらの微少クラックまたは表面下損傷は、後の様々な半導体製造処理（例えば、半導体層蒸着または高温アニーリング）に悪影響を及ぼす。例えば、表面下損傷を受けたチャンバ構成要素の表面が、表面下の微少クラックを引き起こして粒子を結合および遊離させる表面の腐食および／またはエッチングにより粒子を放出しうる。後者は、著しい品質低下または製品の不合格につながる。

【発明の概要】

【0004】

本明細書では、非金属硬質脆性材料で製造されたプラズマ処理装置の構成要素を延性モード機械加工する方法を開示する。その方法は、ダイヤモンド切削工具で構成要素を一点旋削することにより、非金属硬質脆性材料の一部に高圧相変態を受けさせてチップ形成時に硬質脆性材料の延性相部分を形成する工程を備え、旋削面が相変化材料から形成され、旋削面は相変化材料の溝付きテクスチャ表面である。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】本明細書に開示の延性モード機械加工方法に従って形成された非金属硬質脆性材料の構成要素を備えることができる半導体プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極アセンブリを示す図。

【0006】

【図2】本明細書に開示の延性モード機械加工方法に従って形成された非金属硬質脆性材料の構成要素を備えることができる半導体プラズマ処理装置を示す図。

【0007】

【図3A】本明細書に開示の延性モード機械加工方法に従って形成された表面を備えうる誘電体窓を示す図。

【図3B】本明細書に開示の延性モード機械加工方法に従って形成された表面を備えうるガスインジェクタを示す図。

【0008】

【図4A】硬質脆性材料の構成要素の延性モード機械加工中に起きる高圧相変態のモデルの一例を示す図。

【図4B】シリコン構成要素のα−ダイヤモンド結晶構造を示す図。

【図4C】シリコン構成要素のβ−スズ結晶構造を示す図。

【図4D】延性モード機械加工レジームを外れた機械加工の一実施形態で脆性破壊が起きる様子を示す図。

【0009】

【図5A】本明細書に開示された延性モード機械加工の一実施形態を行う前のＳｉ構成要素を示す図。

【図5B】本明細書に開示された延性モード機械加工の一実施形態を行った後のＳｉ構成要素を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本明細書では、非金属硬質脆性材料で製造されたプラズマ処理装置の構成要素を延性モード機械加工する方法を開示する。本明細書で用いられているように、非金属硬質脆性材料とは、半導体処理チャンバの構成要素として用いるのに適切なセラミック材料、シリコン含有（単結晶または多結晶シリコン含有）材料、および／または、石英材料、より具体的には、石英、シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ホウ素、イットリア、ジルコニア、ダイヤモンド、サファイア、ガラスなどの材料である。通常の条件下では、半導体およびセラミック材料は、硬質かつ脆性であり、容易に塑性的に変形することがない。

【0011】

これらの硬質脆性材料の塑性変形（すなわち、延性モード）を達成するために、構成要素の表面の一部に、高圧相変態を起こすことが好ましい。延性モード機械加工方法の実施形態は、一点旋削処理中の構成要素の一部に対して、切削深さ、送り速度、構成要素の回転速度、および、工具形状などのパラメータを制御することによって、小さいサイズの延性塑性応答を利用することが好ましい。ここで、一点旋削処理は、構成要素の非金属硬質脆性材料の一部が、高圧相変態を受けて脆性材料の延性相部分を形成するように実行される。

【0012】

一点旋削処理は、一点ダイヤモンド切削工具、好ましくは単結晶ダイヤモンド切削工具で実行され、構成要素の非金属硬質脆性材料の塑性変形部分を形成する。構成要素の非金属硬質脆性材料の延性相部分は、相変化材料から旋削面が形成されるように一点旋削処理で除去され、旋削面は、相変化材料の溝付きのテクスチャ表面である。

【0013】

旋削処理は、構成要素の旋削面が所定の形状に延性モード機械加工されるように、構成要素から非金属硬質脆性材料の延性相部分を除去することが可能であり、非晶相の残り部分が溝付きテクスチャ表面を形成しうる。構成要素の旋削面の相変化材料は、仕上げ面を形成し、構成要素が高純度シリコンで製造された場合、相変化材料は、α−Ｓｉ、Ｓｉ−ＩＩＩ、Ｓｉ−ＸＩＩ、または、それらの混合物を含み、所定の起伏（ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ）表面形状および所定の表面粗さ（Ｒａ）を有しうる。構成要素の旋削面の所定の表面粗さは、旋削された構成要素の溝付きテクスチャ表面を形成する。形成されると、構成要素の旋削面の表面粗さは、約０．００１から０．２μｍの粗さを有することが好ましい。本明細書で用いられているように、「表面粗さ」は、表面粗さの測定値の算術平均値（Ｒａ）として表される。さらに、本明細書で用いられているように「約」という用語は、±１０％を意味する。

【0014】

好ましくは、プラズマ処理装置の構成要素の延性モード機械加工方法の実施形態は、高圧相変態から形成された仕上げ旋削面を有する構成要素を形成し、相変化材料が、仕上げ旋削面を形成し、仕上げ旋削面を形成する相変化材料は、約０．０１から２μｍの厚さを有し、より好ましくは約０．０１から０．５μｍの厚さを有する。

【0015】

プラズマ処理装置での利用に適切な構成要素は、セラミック材料、シリコン含有材料、および／または、石英材料から形成され、エッジリング、シャワーヘッド電極、チャンバ窓、チャンバライナ、ガスインジェクタ、プラズマ閉じ込めリング、および、静電チャックを含みうる。

【0016】

図１は、上側電極１０３、上側電極１０３に固定された随意的なバッキング部材１０２、温度制御プレート１０１、および、トッププレート１１１を備える平行平板型容量結合プラズマチャンバ（真空チャンバ）のシャワーヘッドアセンブリ１００の半分を示す。熱チョーク１１２が、温度制御プレート１０１の上面に設けられてよい。さらに、シャワーヘッドアセンブリ１００は、プラズマ閉じ込めリング１１０を備えてもよい。上側電極１０３は、静電チャックを埋め込まれた基板支持体１６０の上方に配置されている。基板支持体１６０は、半導体基板１６２（例えば、半導体ウエハ）を支持するよう構成されており、エッジリング１６３が、半導体基板１６２の処理中にエッチングの均一性を高めるために半導体基板１６２の周囲に嵌められてよい。基板支持体１６０の上面は、中に静電チャックを備えており、平面であってよく、その面は、本明細書に開示された延性モード機械加工方法で形成されることが好ましい。別の実施形態において、基板支持体１６０の上面は、基板の背面にヘリウムを供給するための溝を備えてもよく、その上面は、本明細書に開示された延性モード機械加工方法で形成されることが好ましい。基板の背面にヘリウムを供給するための溝を備えた基板支持体の詳細については、同一出願人による米国特許第７，８６９，１８４号に記載されており、その特許は、参照によって本明細書に全体が組み込まれる。

【0017】

トッププレート１１１は、プラズマ処理装置（プラズマエッチングチャンバなど）の着脱可能な上壁を形成しうる。図に示すように、上側電極１０３は、内側電極部材１０５および随意的な外側電極部材１０７を備えたシャワーヘッド電極であってよい。内側電極部材１０５は、通例、単結晶シリコンから形成される。必要に応じて、内側および外側電極１０５、１０７は、ＣＶＤ炭化シリコン、単結晶シリコン、または、他の適切な材料（例えば、酸化アルミニウムなどを含むシリコン系電極材料）などの単一ピースの材料から形成されてよい。

【0018】

単結晶シリコンは、内側電極部材１０５および外側電極部材１０７のプラズマ暴露面に好ましい材料である。高純度単結晶シリコンは、反応チャンバ内に導入する望ましくない元素が最小限であり、さらに、プラズマ処理中に滑らかに摩耗することによって粒子の発生を最小限に抑えるので、プラズマ処理中の基板の汚染を最小限に抑える。

【0019】

シャワーヘッド電極アセンブリ１００は、３００ｍｍの直径を有する半導体ウエハなど、大きい基板を処理するようなサイズを有しうる。３００ｍｍウエハに対しては、上側電極１０３は、少なくとも３００ｍｍの直径を有する。ただし、シャワーヘッド電極アセンブリは、その他のウエハサイズ、または、非円形の構成を有する基板を処理するようなサイズであってもよい。

【0020】

図２は、プラズマ処理チャンバ１０の別の実施形態の断面図であり、プラズマ処理チャンバ１０は誘導結合される。ＩＣＰプラズマ処理チャンバの一例は、カリフォルニア州フレモント市のラムリサーチ社によって製造されたＴＣＰ（登録商標）エッチング／蒸着システムである。ＩＣＰプラズマ処理チャンバは、例えば、同一出願人による米国特許第６，８０５，９５２号にも記載されており、この特許は、参照によって全体が本明細書に組み込まれる。処理チャンバ１０は、支持面１４を有する基板支持体１２を備える。支持面１４は、基板１６を支持するよう適合されている。真空ポンプ１８が、処理チャンバ１０の内部を低圧（例えば、約１ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒの間）に維持するために、ポンプポート２０に取り付けられている。ガス源２２が、ガス分配プレート、シャワーヘッド装置、インジェクタ、または、その他の適切な装置を通して、処理チャンバ１０の内部に処理ガスを供給する。処理ガスは、ガス分配部材２４によって基板１６に隣接する領域に導入されうる。

【0021】

一実施形態では、誘電体窓３２が、平面アンテナ２６の下にあり、プラズマ処理チャンバ１０の上壁を形成する。誘電体窓３２は、それを通して伸びる貫通路を有してよく、ガスインジェクタが挿入されて、プラズマ処理チャンバ１０へ処理ガスを提供しうる。高密度プラズマ３１が、基板１６の蒸着またはエッチングのいずれかのために、誘電体窓３２および基板１６の間の領域に生成される。

【0022】

図３Ａは、（本明細書に開示された延性モード機械加工方法に従って平坦化されうる）平行な平面４２、側面４４、および、貫通路４６を有する誘電体窓３２の一例を示す。誘電体窓は、石英またはセラミック材料で製造されてよく、延性モード機械加工処理が、平行な平面４２の内の少なくともプラズマ暴露面（すなわち、下側の平行な平面）の仕上げ面、より好ましくは平行な平面４２の両方の仕上げ面を形成する。ガスインジェクタ５０が、貫通路４６を通して伸びることが好ましい。図３Ｂの断面図に示すように、ガスインジェクタ５０は、上端にフランジ４３を有する円筒体４０と、上側の軸端に沿って伸びる中央穴４５と、穴および下側の軸端の外面の間に伸びる複数のガス穴４７と、Ｏ−リング溝４８、５１と、を備える。ガスインジェクタは、セラミックまたは石英材料などの誘電材料で製造されてよく、ガスインジェクタ５０は、処理ガスを供給するための穴４７を備える。本明細書に開示された方法に従って形成できるデュアルゾーンガスインジェクタおよび誘電体窓を備えた調節可能なマルチゾーンガス注入システムの例の詳細については、同一出願人による米国特許出願第２０１０／００４１２３８号に見いだすことができ、その出願は、参照によってその全体が組み込まれる。

【0023】

好ましい実施形態によると、プラズマ処理装置の非金属硬質脆性構成要素は、延性モード機械加工処理によって形成されたプラズマ暴露面を備える。本明細書に開示の延性モード機械加工方法は、シャワーヘッド電極、ガス分配プレート、ガスインジェクタ、エッジリング、または、誘電体窓など、プラズマ処理装置の任意の構成要素の起伏形状面を形成するために用いられてよく、構成要素は、石英、シリコン、炭化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ホウ素、イットリア、ジルコニア、ダイヤモンド、サファイア、ガラスなどの非金属硬質脆性材料で製造される。例えば、起伏面形状は、構成要素のベベル、面取り部、または、円弧の三次元表面であってよい。あるいは、平面が、構成要素上に形成されてもよく、延性モード機械加工された面は、平面の平坦度の変動が約１．４μｍ未満であり、より好ましくは、平面の平坦度の変動約０．３μｍ未満である。

【0024】

方法は、切削深さを制御しつつダイヤモンド切削工具で構成要素を一点旋削することにより、非金属硬質脆性材料の一部に高圧相変態を受けさせてチップ形成時に脆性材料の延性相部分および非晶相部分を形成させる工程を備える。方法は、さらに、構成要素の表面が所定の形状に旋削されるように、硬質脆性材料の非晶相部分の一部を除去する工程を備える。旋削面は、溝を加工され（溝付きテクスチャ表面）、約０．００１から０．２μｍの所定の表面粗さを有し、旋削面の表面粗さが溝を形成する。旋削面の表面粗さは、送り速度、構成要素の回転速度、切削工具の形状、切削深さなどのプロセスパラメータによって制御されてよく、例えば、切削面が不揮発性エッチング副生成物および処理残留物の付着を増大させるように、所定の表面粗さを選択できる。形成されると、非金属硬質脆性材料の構成要素の延性モード機械加工された面は、表面下損傷を持たないことが好ましく、構成要素の溝付きテクスチャ表面は、約０．０１から２μｍ、より好ましくは約０．０１から０．５μｍの厚さを有する相変化材料から形成され、相変化材料は、構成要素の仕上げ旋削面を形成する。

【0025】

延性モード機械加工処理中に、非金属硬質脆性材料から形成される構成要素は、機械加工が脆性モードとは対照的な延性モードで実行されるように、高圧相変態を受けることが好ましく、延性モードは、機械加工中の硬質脆性材料の脆性破壊を低減しうる。切削工具と構成要素との間の接触界面で起こるような、極端な高圧下では、誘電材料、半導体材料、導電材料、石英材料、シリコン含有材料、および、セラミック材料は、共有結合および／またはイオン結合構造から高圧相変態金属構造に変態する。一点旋削を行うダイヤモンド切削工具は、構成要素の一部が相変化を受けて高圧金属相部分に変態するように、非金属硬質脆性材料の構成要素に圧力を加える。

【0026】

図４Ａは、本明細書に開示された延性モード機械加工方法中のシリコン構成要素４００および切削工具４０５の間の接触点での高圧相変態を示す。高圧相変態は、シリコン構成要素の上面に延性相部分４０１および周囲の非晶相部分４０２を形成する。シリコンの一点旋削処理の際、非晶相の表面層がチップ形成中に除去され、残りの相変化材料がシリコン構成要素４００の旋削面４０３を形成する。切削工具とシリコン構成要素との間の接触点で生じる高圧相変態は、シリコンを高圧延性相に変換する。シリコンの延性モード機械加工中、シリコンは、圧力が１１ＧＰａに達するとβ−スズに変態するα−ダイヤモンド構造を有しており、圧力が解除されると、非晶質のＳｉ−ＩＩＩおよびＳｉ−ＸＩＩ相が形成される。Ｓｉの過渡的なβ−Ｓｎ相結晶構造は図４Ｃに示されており、シリコンのα−ダイヤモンド相結晶構造は図４Ｂに示されている。

【0027】

図４Ｄは、用いられた圧力が不十分な場合の切削処理を示しており、図に示すように、シリコン構成要素４００の脆性破壊４０４が起きている。ダイヤモンド切削工具は、工具ノーズ半径が約０．１から７ｍｍである一点ダイヤモンド切削工具であることが好ましい。一点ダイヤモンド切削工具の一点は、単結晶天然ダイヤモンドであることが好ましく、工具ノーズ半径は、ダイヤモンドの結晶構造によって決定される。あるいは、一点ダイヤモンド切削工具は、合成ダイヤモンドであってもよい。ダイヤモンド切削工具の鋭さのために、旋削処理中にダイヤモンド切削工具を非金属硬質脆性材料の構成要素に接触させることにより、高圧延性相変態が、ダイヤモンド切削工具と構成要素との間の接触点で起こる。

【0028】

機械加工は、一点旋削処理を用いてダイヤモンド切削工具によって実行されるのが好ましい。ダイヤモンド切削工具は、単結晶天然ダイヤモンド切削工具または合成ダイヤモンド切削工具を備えた旋盤またはフライカッティングマシンであってよい。ダイヤモンド切削工具は、非金属硬質脆性材料の構成要素が回転されている間、固定されてよい。硬質脆性材料の構成要素は毎分約５００から１，５００回転で回転されることが好ましく、毎分約５００から１，０００回転で回転されることがより好ましい。一点旋削処理は、硬質脆性材料から形成された構成要素の表面に平面または起伏した幾何学的形状を機械加工するよう構成される。さらなる実施形態では、回転研削工具を実装する旋盤が、非金属硬質脆性材料の構成要素に最初の機械加工（すなわち、研削）すなわち荒仕上げを施して所定の形状にするために用いられる。次いで、次の工程において、研削工具は旋盤から回転されて外され、ダイヤモンド切削工具が旋盤へ回転される。次いで、旋盤は、本明細書に開示された延性モード機械加工方法を実行してよく、つまり、非金属硬質脆性材料の構成要素を取り除いたり移動させたりする必要なく、最初の形削り工程（例えば、研削）および仕上げ工程（例えば、一点旋削）を単一の機械で実行できる。

【0029】

切削工具は、レーザで支援されてもよく、その場合、構成要素の高圧変態部分および周囲の部分にレーザ光が照射される。レーザ光は、構成要素の高圧相変態部分を加熱して硬度を減少させる高圧相変態を受けた構成要素の表面の部分によって吸収されることが好ましい。高圧相変態部分はレーザ光を吸収するが、構成要素の残りの部分はレーザ光を透過するので、高圧相変態部分は選択的に加熱および軟化するが、構成要素の残りの部分はほとんど影響を受けず、その結果、選択的に加熱された部分は、より容易に高圧相（例えば、非晶相部分および／または延性相部分）に変態されうる。レーザ光は、約４００から１５００ナノメートルの波長を有することが好ましい。

【0030】

送り速度は、機械加工される構成要素の表面の表面粗さを減少および／または制御するなど、延性モード機械加工処理に影響する要素である。表面仕上げの品質は、切削工具と構成要素との間の送り速度を制御することによって達成されうる。送り速度は、約０．１から５０μｍ／回転であることが好ましく、約０．２から３μｍ／回転であることがより好ましく、送り速度が大きいほど、表面粗さを増すことができる。構成要素の延性モード機械加工中、送り速度は、構成要素の表面粗さを増加または減少させうるように、増加および／または減少されてよい。非金属硬質脆性材料の構成要素の表面の表面粗さは、切削工具の切削深さに従って制御されてもよく、切削深さが大きくなるほど表面粗さが大きくなる。切削深さは、約０．２５から５０μｍであることが好ましい。構成要素の延性モード機械加工中、切削深さは、構成要素の表面粗さを増加または減少させうるように、増加および／または減少されてよい。

【0031】

切削深さおよび送り速度が低減されると、切削力も低減される。切削力は、表面粗さの関数でありえ、表面が粗いほど切削力が高くなり、切削力が高いと切削工具の寿命が短くなりうる。したがって、機械加工中の切削深さおよび送り速度を小さくすれば、より小さい表面粗さを有する構成要素の表面を提供することができ、機械加工中に印加される切削力の減少によって切削工具の寿命を延ばすことができる。

【0032】

非金属硬質脆性材料の構成要素の一点旋削は、溝付きテクスチャ表面を形成し、旋削面のテクスチャは、らせん状のパターンであることが好ましい。溝付きテクスチャ表面のらせん状パターンは、らせん状の内向きパターン、らせん状の外向きパターン、または、必要に応じて、らせん状の内向きおよび外向きパターンの組み合わせによって形成されてよい。溝付きテクスチャ表面は、さらに、光回折パターンを示す。光回折パターンは、回折格子の形態であることが好ましく、回折格子は、らせん状パターンの溝によって形成される。らせん状パターンの溝の寸法は、切削工具の刃形、送り速度、構成要素の回転速度、および、切削深さに依存し、らせん状パターンの溝の寸法は、構成要素の表面形状に基づいて変化しうる。

【0033】

構成要素の延性モード機械加工面の欠陥および品質管理情報が、肉眼視データ、散乱計データ、干渉計データ、顕微鏡データを通して収集および示されてもよい。溝付きパターンにおける不規則性（不均一な表面粗さおよび／または露出した表面下損傷など）は、散乱計画像において明点または暗点のいずれかとして現れうる。例えば、溝のない構成要素の領域（すなわち、延性モード機械加工を受けていない構成要素の領域）は、主に、鏡面的に光を散乱させ、散乱光は、入射角が反射角とほぼ等しい角度から見ると明るく見える。散乱計データは、約６３０ｎｍの波長のレーザを用いて収集されてよい。レーザは、構成要素の法線に関して約３０から４５度の角度だけ傾けられ、散乱計データは、部品がその中心を軸として回転される間に、一定の半径で収集されることが好ましい。延性モード機械加工された構成要素は、回転されると、同じ散乱パターンを示すことが好ましい。

【0034】

図５Ａは、延性モード機械加工を受ける前のＳｉ構成要素６００を示す。図５Ｂは、本明細書に開示された延性モード機械加工の一実施形態を行った後のＳｉ構成要素６００を示す。図５Ｂに示すように、Ｓｉ構成要素６００は、回折格子の形態の光回折パターンを備えており、回折格子は、一点旋削処理によって形成されたらせん状パターンの溝によって形成されている。

【0035】

本明細書では、さらに、プラズマ処理装置の構成要素を交換する方法が開示されている。その方法は、使用済み構成要素（シャワーヘッド電極など）が腐食した時に、使用済み構成要素をプラズマ処理装置から取り除き、使用済み構成要素を、本明細書に開示された方法に従って形成された構成要素に交換すること、を含む。また、脆性材料の構成要素（シャワーヘッド電極など）が、腐食した時にプラズマ処理装置から取り除かれ、本明細書に開示された方法に従って形成された修復済みの構成要素と交換されてもよい。

【0036】

さらに、本明細書では、プラズマ処理装置内で半導体基板をエッチングする方法が開示されている。その方法は、本明細書に開示された延性モード機械加工の一実施形態に従って形成された構成要素をプラズマ処理装置のプラズマチャンバに取り付け、プラズマチャンバ内で少なくとも１つの半導体基板をプラズマエッチングすること、を含む。

【0037】

当業者であれば、本発明は、その精神または基本的な特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態で実施できることがわかる。したがって、ここで開示された実施形態は、すべての点において例示であり、限定を意図したものではないと見なされる。本発明の範囲は、上述の記載ではなく添付の請求項によって与えられ、本発明の意味および等価物の範囲内のすべての変形物が含まれるよう意図されている。
適用例１：プラズマ処理装置の非金属硬質脆性材料から成る構成要素を延性モード機械加工する方法であって、
ダイヤモンド切削工具で前記構成要素を一点旋削することにより、前記非金属硬質脆性材料の一部に高圧相変態を受けさせてチップ形成時に前記硬質脆性材料の延性相部分を形成することを備え、
旋削面が相変化材料から形成され、前記旋削面は相変化材料の溝付きテクスチャ表面である、方法。
適用例２：適用例１に記載の方法であって、（ａ）前記構成要素の前記旋削面の所定の表面粗さ（Ｒａ）は前記旋削された構成要素の前記溝付きテクスチャ表面を形成し、（ｂ）前記旋削面の前記所定の表面粗さは約０．００１から０．２μｍであり、（ｃ）前記旋削面の前記溝付きテクスチャ表面はらせん状のパターンであり、（ｄ）前記旋削面の前記溝付きテクスチャ表面は光回折パターンを示し、（ｅ）前記旋削面の前記溝付きテクスチャ表面は仕上げ旋削面を形成し、および／または、（ｆ）前記構成要素はＳｉで形成され、前記旋削面を形成する前記相変化材料は非晶質シリコンを含む、方法。
適用例３：適用例１に記載の方法であって、前記溝付きテクスチャ表面には、表面下損傷がない、方法。
適用例４：適用例１に記載の方法であって、前記高圧変態部分には、レーザ光が照射され、（ａ）前記レーザ光は、前記延性相材料によって吸収されることで前記延性相材料を加熱して硬度を減少させ、および／または、（ｂ）前記レーザ光は、約４００から１５００ナノメートルの波長を有する、方法。
適用例５：適用例１に記載の方法であって、（ａ）前記切削深さは約０．２５から５０μｍであり、前記送り速度は約０．１から５０μｍ／回転であり、前記構成要素は約５００から１，５００回転／分で回転され、（ｂ）前記切削深さは約０．２５から５０μｍであり、前記送り速度は約０．２から３μｍ／回転であり、前記構成要素は約５００から１，０００回転／分で回転され、および／または、（ｃ）前記切削深さは前記構成要素の一点旋削中に増大および／または減少され、および／または、（ｄ）前記送り速度は前記構成要素の一点旋削中に増大および／または減少される、方法。
適用例６：適用例１に記載の方法であって、前記脆性材料は、セラミック材料、シリコン含有材料、および、石英材料からなる群より選択される、方法。
適用例７：適用例１に記載の方法であって、前記構成要素は、エッジリング、シャワーヘッド電極、窓、ガスインジェクタ、プラズマ閉じ込めリング、チャンバライナ、または、静電チャックを含む、方法。
適用例８：適用例１に記載の方法であって、前記構成要素は、プラズマ処理装置の誘電体チャンバ部品である、方法。
適用例９：適用例１に記載の方法であって、（ａ）前記構成要素の前記旋削面は、起伏面形状を有し、および／または、（ｂ）前記構成要素の前記旋削面は、平面を形成する、方法。
適用例１０：適用例９に記載の方法であって、前記起伏面形状は、ベベル、面取り部、曲面の三次元表面である、方法。
適用例１１：適用例９に記載の方法であって、（ａ）前記平面の平坦度の変動は、約１．４μｍ未満であり、および／または、（ｂ）前記平面の平坦度の変動は、約０．３μｍ未満である、方法。
適用例１２：適用例１に記載の方法であって、（ａ）前記延性モード機械加工された構成要素の前記旋削面を形成する前記相変化材料は、約０．０１から２μｍの厚さを有し、および／または、（ｂ）前記延性モード機械加工された構成要素の前記旋削面を形成する前記相変化材料は、約０．０１から０．５μｍの厚さを有する、方法。
適用例１３：適用例１に記載の方法であって、さらに、前記旋削面の光学データを収集し、不規則性を検出できるように前記光学データを処理すること、を備える、方法。
適用例１４：適用例１３に記載の方法であって、（ａ）前記光学データは、肉眼視、散乱計、顕微鏡、または、干渉計で収集され、および／または、（ｂ）不規則性の検出は、不均一な表面粗さまたは露出した表面下損傷の検出を含む、方法。
適用例１５：適用例１に記載の方法であって、さらに、（ａ）前記構成要素を延性モード機械加工する前に、旋盤に設置された研削工具で、硬質脆性材料の前記構成要素を所定の形状に研削すなわち荒削りし、および／または、（ｂ）前記構成要素を所定の形状にダイヤモンド旋削できるように、前記研削工具から、前記旋盤に設置されたダイヤモンド切削工具に切り替えることを備える、方法。
適用例１６：適用例１に記載の方法であって、前記一点旋削を実行する前記ダイヤモンド切削工具は、（ａ）単結晶天然ダイヤモンド切削工具、または、（ｂ）合成ダイヤモンド切削工具である、方法。
適用例１７：プラズマ処理装置の構成要素を交換する方法であって、使用済み構成要素が腐食した時に、前記使用済み構成要素を前記プラズマ処理装置から取り除きお、前記使用済み構成要素を請求項１の方法で製造された前記構成要素に交換すること、を備える、方法。
適用例１８：適用例１７に記載の方法であって、前記使用済み構成要素は、請求項１の方法で表面を修復された修復済み構成要素に交換される、方法。
適用例１９：適用例１７に記載の方法であって、前記構成要素の材料は、セラミック材料、シリコン含有材料、および、石英材料からなる群より選択される、方法。
適用例２０：プラズマ処理装置内で半導体基板をエッチングする方法であって、請求項１の方法で形成された構成要素を前記プラズマ処理装置のプラズマエッチングチャンバ内に設置し、前記プラズマチャンバ内で少なくとも１つの半導体基板をエッチングすること、を備える、方法。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】