用于等離子體處理腔室的靜電夾盤組件及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于等離子體處理腔室中的靜電夾盤的增強型涂層。所述增強型涂層利用等離子體增強型物理氣相沉積制成。所述涂層通常是Y2O3/Al2O3，也可以是其他材料的組合。并且，它可以是多層涂層，以使得一中間涂層利用標準等離子體噴涂形成，一頂層涂層用PEPVD方式形成。整個靜電夾盤組件可由涂層“封裝”而成。
【專利說明】用于等離子體處理腔室的靜電夾盤組件及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體處理腔室，特別地涉及等離子體處理腔室的靜電夾盤的涂層，其可以改善靜電夾盤在反應(yīng)性等離子體組份中的性能。
【背景技術(shù)】
[0002]在等離子體處理裝置中，靜電夾盤通常用于在腔室內(nèi)夾持待處理的基片。在特定的等離子體處理腔室中，例如等離子體刻蝕機臺，靜電夾盤也可用于充當電極，其耦合于接地端或者射頻能量。在制程過程中，靜電夾盤的至少一部分曝露于等離子體，并被等離子體中的反應(yīng)性組份轟擊，例如CF4、Cl2等鹵素等離子體。此外，靜電夾盤也會受到由其夾持的基片的機械磨損。最后，在一些情況下，會采用不同的等離子體清潔程序，其中腔室內(nèi)壁用等離子體組份清潔。在很多這樣的清潔程序中，靜電夾盤上并未放置基片，從而靜電夾盤的整個基片支撐表面都曝露于等離子體。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，為了保護腔室部件不被等離子體侵蝕，各種各樣的涂層已經(jīng)被提出并進行驗證。其中一個典型的應(yīng)用是等離子體噴涂(plasma sprayed, PS) Y2O3或Al2O3于靜電夾盤的基座上，其可由金屬、合金或陶瓷制成。等離子體噴涂Al2O3的靜電夾盤已被使用了相當長的一段時間，但是其引起了加工基片上的鋁污染風(fēng)險。另一方面，等離子體噴涂Al2O3的靜電夾盤具有一軟表面，其容易被基片損壞，從而在加工基片上產(chǎn)生顆粒(particle)污染。
[0004]通常，氧化釔(Y2O3)涂層被認為非常有希望；然而，要找到一種形成好涂層的制程卻非常困難，特別是那些不產(chǎn)生裂縫或產(chǎn)生粒子污染(particle)的制程。例如，業(yè)內(nèi)已經(jīng)提出過利用等離子體噴涂來涂覆由金屬、合金或陶瓷制成的部件。然而，傳統(tǒng)的Y2O3等離子體噴涂涂層是利用噴涂的Y2O3粒子形成的，并且通常導(dǎo)致形成的涂層具有高表面粗糙度(Ra大于4微米或更多)和相應(yīng)地高孔隙度(體積率大于3%)。這種高粗糙度和多孔結(jié)構(gòu)使得涂層易產(chǎn)生顆粒，其有可能導(dǎo)致制程基片的污染。
[0005]其它形成氧化乾涂層的方案包括利用化學(xué)氣相沉積(chemical vapordeposition, CVD),物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD),離子輔助沉積(ion assisted deposition, IAD),電離金屬等離子體(ionized metal plasma, IMP),反應(yīng)性反應(yīng)蒸發(fā)(active reactive evaporation, ARE),電離金屬等離子體(ionized metalplasma, IMP),派射沉積,等離子體浸沒式離子注入制程(plasma immersion ion process,PUP)。然而，所有這些沉積制程都具有一些技術(shù)限制，使得它們還不能實際上用于提升在腔室部件上沉積厚的涂層的水平，以避免等離子體侵蝕。例如，用化學(xué)氣相沉積制作Y2O3涂層不能在無法承受600攝氏度以上溫度上的基體上實現(xiàn)，這就排除了在由鋁合金制成的腔室部件上沉積抗等離子體侵蝕涂層的可能。PVD制程，例如蒸發(fā)，不能沉積厚的陶瓷涂層，因為其與基片之間的粘附力較弱。由于高剩余應(yīng)力和弱粘附力(例如濺射沉積，ARE和IAD)或者極低的沉積速率(例如濺射沉積，IMP和PIIP)，這些其它的沉積制程也不能沉積厚涂層。因此，到目前為止還沒有制造出理想的涂層，這種理想的涂層應(yīng)具有良好的抗腐蝕性，同時應(yīng)當生成較少或者不生成顆粒污染，其可以被制成具有較大的厚度并沒有破裂或分層剝離。
[0006]鑒于上文所述的現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，業(yè)內(nèi)需要一種被涂覆的靜電夾盤，其涂層能夠抗等離子體轟擊并不產(chǎn)生顆粒污染或裂縫。該涂層應(yīng)具有可接受的粗糙度和孔隙大小，足夠的硬度和良好的熱傳導(dǎo)率，以使得其具有長的使用壽命。用于制造該涂層的制程應(yīng)當允許制造厚的涂層，并且不會出現(xiàn)破裂或分層剝離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]以下
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了提供本發(fā)明的一些方面和特征的基本理解。
【發(fā)明內(nèi)容】
并不是本發(fā)明的廣泛綜述，因此其并不是為了具體地確定本發(fā)明的關(guān)鍵或主要要素，也并不是為了說明本發(fā)明的范圍。其唯一目的是為了以簡化形式介紹本發(fā)明的一些概念，作為下文中詳細描述的前序。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種在靜電夾盤上形成增強型抗等離子體侵蝕涂層(advanced plasma resistant coatings)的方法。根據(jù)各具體實施例，本發(fā)明提供了在靜電夾盤的表面涂覆涂層的工藝，從而使得被涂覆有涂層的靜電夾盤的工作性能得以改善。其它具體實施例包括將涂覆了涂層的靜電夾盤改裝或安裝入等離子體處理腔室，以改善等離子體制程的質(zhì)量。
[0009]在一個實例性的制程中，利用等離子體增強型物理氣相沉積(PEPVD)制程來制造一種增強型氧化釔涂層，例如基于Y2O3或YF3的涂層，其具有良好/緊密的顆粒結(jié)構(gòu)，其中，
(I)沉積是在低壓或真空腔室環(huán)境下執(zhí)行；(2)至少一個沉積元素或成份從一材料源被蒸發(fā)或濺射出來，被蒸發(fā)或濺射出來的材料濃縮在基片襯底表面(這部分制程是一個物理過程，在這里被稱為物理氣相沉積或PVD部分)；(3)同時，一個或多個等離子體源被用來發(fā)出離子或產(chǎn)生等離子體以圍繞靜電夾盤表面，至少一沉積元素或成份被電離并與被蒸發(fā)或濺射的元素或成份在等離子體中或在靜電夾盤表面上反應(yīng)；(4)靜電夾盤耦接于負電壓，使得其在沉積制程過程中被離子或微粒轟擊。在(3)和(4)中的反應(yīng)指的是PEPVD中的“等離子體增強”(plasma enhanced,或者PE)功能。
[0010]應(yīng)當說明，等離子體源可以(I)被用于離子化和激發(fā)反應(yīng)氣體以使得沉積制程能夠在低襯底溫度和高涂覆生長速度下執(zhí)行，或者(2)被用于產(chǎn)生針對靜電夾盤的能量離子(energetic ions),以使得離子轟擊靜電夾盤的表面并有助于在之上形成厚的和濃縮的涂層。更特別地，所述等離子體源被用于擇一或共同執(zhí)行功能(I)和/或(2)，以在靜電夾盤上形成涂層。這種涂層綜合具有足夠的厚度和緊密度結(jié)構(gòu)，在此處被稱為是“增強型涂層”(Advanced coating,以下稱:A涂層)，例如，以A_Y203、A_YF3或者A-Al2O3為基礎(chǔ)的涂層。
[0011]根據(jù)一個具體實施例，應(yīng)用具有期望特性的A涂層以改善靜電夾盤的使用功能?，F(xiàn)有等離子體噴涂Y2O3的靜電夾盤，其軟表面易于被硅片損壞，并且等離子體噴涂Al2O3的靜電夾盤的表面易于被等離子體侵蝕，相較于前述現(xiàn)有技術(shù)的靜電夾盤，施加于靜電夾盤上的增強型涂層具有相對等離子體而言硬的表面，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并且有改善的性能，例如良好的熱傳導(dǎo)率，穩(wěn)定的高電阻率等。為了達到這些特性目標，本發(fā)明提供的A涂層是混合材料(hybrid materials),其由至少2個陶瓷部件構(gòu)成并具有由該混合陶瓷部件帶來的復(fù)合特性。在一個典型的但并不局限于此的實施例中，其包括混合的具有不同的Y2O3和Al2O3Hi率的Y2O3Al2O3涂層。這是因為Y2O3在等離子體中具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，Al2O3具有高硬度和良好的熱傳導(dǎo)率，以使得混合或者雜合的Y2O3AI2O3涂層在等離子體中具有高硬度，良好的熱傳導(dǎo)率，以及穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。此外，兩種材料都具有非常高的電阻率。
[0012]根據(jù)另一具體實施例，靜電夾盤被“封裝”于A涂層中。即，靜電夾盤由其所有部件組合在一起，然后整個靜電夾盤組件被A涂層(例如=A-Y2O3, A-Al2O3, A-YF3,混合A-Y2O3/Al2O3或者混合A-YF3Al2O3等)涂覆。在一個實施例中，形成靜電夾盤的不同部件首先被裝配，然后被放置于PEPVD腔室中以在整個靜電夾盤組件上形成增強型涂層。在這種情況下，靜電夾盤組件被增強型涂層“封裝”并被充分地保護不被等離子體侵蝕以及基片磨損。
[0013]為了減少生產(chǎn)成本，另一具體實施例包括形成雙層涂層組合，其中，第一層材料層或涂層形成于夾盤之上，它可以是陽極化處理層、等離子體噴涂的Y2O3層，等離子體噴涂Al2O3或者其它抗等離子體侵蝕涂層，其具有某一特定厚度以維持最終形成的夾盤的特定的電氣性能(electrical properties)并達到靜電夾盤的改善性能。第二層材料層或涂層形成于第一層材料層之上并具有一直接面對等離子體制程中等離子體的頂表面。第二層涂層可形成為 A 涂層(例如，A-Y2O3, A-Al2O3, A-YF3,混合 A_Y203/A1203 或混合 A_YF3/A1203 等)，所形成的A涂層具有光滑表面(表面粗糙度減小到1.0um)和致密晶體或多孔結(jié)構(gòu)，并具有小于1%的孔隙度甚至沒有多孔缺陷。因此，通常由于等離子體噴涂(plasma spray coating)所產(chǎn)生的粗糙表面和多孔隙結(jié)構(gòu)所引起的顆粒污染能夠有效地被降低。此外，由于致密的晶體結(jié)構(gòu)，該第二涂層具有減少了的等離子體侵蝕速度，其進一步減少了在等離子體制程中的金屬污染。并且，例如Al2O3, ZrO2等成分會增強涂層的抗磨損性。
[0014]根據(jù)靜電夾盤的性能需求，不論是第一層涂層或者第二層涂層的厚度都能夠被調(diào)整。為了獲得多樣功能的靜電夾盤，夾盤的表面可進一步被多層涂層涂覆，以使得夾盤具有面對等離子體化學(xué)的穩(wěn)定表面以及期望的功能，以改善等離子體處理腔室中的制程效果。
[0015]在另一實施例中，為了進一步改善涂覆后的靜電夾盤的性能，在涂覆后的封裝的夾盤上施加表面處理，包括但不限于:表面平滑化或表面粗糙化以減少顆粒污染、表面修正以增強涂層的表面致密度和穩(wěn)定性、以及表面化學(xué)清潔來去除顆粒和污染，這些顆粒和污染或者形成于涂覆靜電夾盤的制造過程中，或者形成于等離子體刻蝕制程中。
[0016]根據(jù)另一方面，PEPVD中的能量離子轟擊或等離子體刻蝕被用來平滑化和致密化具有A涂層的靜電夾盤表面。被涂覆了涂層的靜電夾盤表面可以用濕法清潔(wet solutioncleaning)來清潔和光滑化,其中,腐蝕性溶液或懸浮液(slurry)或噴霧(aerosol)被用于去除表面顆粒污染，并用于控制涂層的光滑度。致密和光滑的材料表面可為晶體或者多孔結(jié)構(gòu)，并具有減小的孔隙率或者沒有孔隙，因此能夠在等離子體刻蝕制程中減小等離子體侵蝕速率和保持等離子體刻蝕的純凈環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖是為了解釋并圖示本發(fā)明的原則，其組成了說明書的一部分，例證了本發(fā)明的具體實施例以及描述。附圖是為了以圖示的方式說明典型具體實施例的主要特征。附圖并不是為了描述具體實施例的每個特征，也并不是按照比例示出了其示出元件的相對尺寸。
[0018]圖1是傳統(tǒng)的靜電夾盤的主要部件的結(jié)構(gòu)示意圖；[0019]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例所提供的靜電夾盤；
[0020]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例所提供的利用了靜電夾盤300的等離子體處理腔室；
[0021]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例所提供的用于沉積增強型涂層的裝置；
[0022]圖5 (a)和圖5 (b)是利用標準等離子體噴涂涂覆得到的Y2O3涂層的顯微圖；
[0023]圖5(c)和圖5(d)是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例利用PEPVD涂覆方式所得到的涂層的顯微示意圖；
[0024]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，其中靜電夾盤被涂層“封裝”在其中；
[0025]圖7示出了本發(fā)明的又一具體實施例，其中靜電夾盤被雙層涂層“封裝”在其中。 圖8示出了本發(fā)明的一個具體實施例的各種材料在CF4/02等離子體中的
被刻蝕速率。
【具體實施方式】
[0026]如下將會描述不同的實施例，給靜電夾盤提供改進的涂層，以增強靜電夾盤的抗腐蝕和抗顆粒污染性能。描述將包括用于形成涂層的裝置和方法的一種實例，還包括用該方法制造得到的靜電夾盤和涂層的實例。
[0027]表格I列出了等離子體噴涂Y2O3(plasma spray Y；A)、等離子體噴涂Al2O3和等離子體噴涂Y2O3AI2O3的多個參數(shù)和特性。如表格I所示，等離子體噴涂Y2O3AI2O3的混合涂層具有比Y2O3更高的硬度，但能提供相似的電阻率。也就是，雖然Y2O3Al2O3的混合涂層具有比純Al2O3更低的硬度，但它具有比純Y2O3更高的硬度。另一方面，如圖8所示，Y2O3Al2O3的混合涂層具有比純Al2O3較高的刻蝕阻力。因此，Y2O3Al2O3的混合涂層同時具有足夠的硬度和良好刻蝕阻力的優(yōu)勢。并且，盡管表格I未示出，Y2O3AI2O3的混合涂層也具有比Y2O3更好的熱傳導(dǎo)率?？梢灶A(yù)期的是，利用PEPVD制備的A涂層(A-coating)，例如A_Y203/A1203涂層，由于其沒有孔隙并致密的結(jié)構(gòu)，因而具有更高的硬度和改進的熱傳導(dǎo)率。
[0028]表格I
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種用于等離子體處理腔室的靜電夾盤組件，其中，包括: 基體: 設(shè)置于所述基體之上的絕緣層； 設(shè)置于所述絕緣層之上的電極；以及， 由Y2O3AI2O3或者YF3Al2O3的混合物組成的增強型涂層，所述增強型涂層覆蓋了所述靜電夾盤組件，除了所述基體的背面的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電夾盤組件，其特征在于，還進一步地包括一設(shè)置于所述增強型涂層之下的底部涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電夾盤組件，其特征在于，所述底部涂層包括Y2O3或Al2O3中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電夾盤組件，其特征在于，所述底部涂層包括Y2O3,YF3,YAG, ErO2, SiC, Si3N4, SiO2, ZrO2, Al2O3, AlN 中之一或者它們的任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電夾盤組件，其特征在于，所述增強型涂層包括由等離子體增強型物理沉積方式沉積而成的Y2O3Al2O3或YF3/A1203。
6.一種用于制造靜電夾盤組件的方法，其中，包括如下步驟: 制造一絕緣層于基體之上，制造一電極于所述絕緣層之上以形成所述靜電夾盤組件；將所述靜電夾盤組件插入真空處理腔室中，配置使得其面對一設(shè)置于所述真空處理腔室中的源材料； 在所述真空處理腔室中蒸發(fā)或濺射所述源材料； 向所述真空處理腔室中注入包括反應(yīng)性組份和非反應(yīng)性組份的氣體； 在所述靜電夾盤組件的前方形成等離子體，以使得所述反應(yīng)性組份和非反應(yīng)性組份的離子轟擊所述靜電夾盤組件，以形成一涂層于所述靜電夾盤組件之上，其中，所述涂層包括來自所述源材料的原子和所述反應(yīng)組份的原子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述源材料包括釔和鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述非反應(yīng)性組份包括氬，所述反應(yīng)性組份包括氧或氟。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括如下步驟: 施加負偏置電壓于所述靜電夾盤組件，并保持所述真空處理腔室中的等離子體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法進一步地包括如下步驟: 在將所述靜電夾盤組件插入所述真空處理腔室中之前，施加一中間層或涂層于所述靜電夾盤組件上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述中間層或涂層是由等離子體噴涂制程來制造的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述施加中間層或涂層步驟包括以等離子體噴涂制程方式來施加以下涂層=Y2O3, YF3, YAG, ErO2, SiC, Si3N4, SiO2, ZrO2, Al2O3, AlN之一，或者它們的組合。
【文檔編號】H01J9/00GK103794445SQ201210421961
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月29日
【發(fā)明者】賀小明, 倪圖強 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司