專利名稱：一種使用保護(hù)性含釔涂層涂覆半導(dǎo)體處理設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種噴涂包含特化氧化釔陶瓷(specializedyttrium oxide-comprising ceramic)的方法，該特化氧化紀(jì)陶瓷主要包含固溶體陶瓷，其對半導(dǎo)體 處理設(shè)備中常見的等離子體具有高度抵抗性。
背景技術(shù)：
此部分描述與本發(fā)明公開的實(shí)施例相關(guān)的背景主題。此部分中所討論的背景技術(shù) 無論是表述的還是暗示的都不傾向于構(gòu)成法律意義上的現(xiàn)有技術(shù)。 對于經(jīng)常處于腐蝕環(huán)境下的半導(dǎo)體處理室內(nèi)的設(shè)備組件與襯墊來說，耐腐蝕性是 相當(dāng)關(guān)鍵的性質(zhì)。雖然半導(dǎo)體處理環(huán)境(包括等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和物理 氣相沉積(PVD))經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕性等離子體，但最具腐蝕性的等離子體環(huán)境是那些用來清 潔處理設(shè)備以及蝕刻半導(dǎo)體襯底的等離子體，特別是高能等離子體加上組件表面上化學(xué)活 性下的腐蝕性等離子體環(huán)境更是如此。當(dāng)腐蝕性氣體(即使沒有等離子體存在)與處理設(shè) 備表面接觸時，降低設(shè)備組件表面上或處理室襯墊表面上的化學(xué)活性是一項(xiàng)相當(dāng)重要的性質(zhì)。 用來制造電子器件和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的處理室內(nèi)的處理室襯墊與組件設(shè)備通 常是由鋁和鋁合金制成。 一般需將處理室和組件設(shè)備(位于室內(nèi))的表面陽極化，以提供 一定程度的保護(hù)，使不受腐蝕性環(huán)境的影響。但是，陽極化膜的整體性可能會因鋁和鋁合金 內(nèi)的雜質(zhì)而減損，使得其提早出現(xiàn)腐蝕而縮短了保護(hù)涂層的壽命。相較于其它陶瓷材料來 說，氧化鋁的等離子體抵抗性并不夠好。結(jié)果，各種成分的陶瓷涂層已經(jīng)來取代上述的氧化 鋁涂層，在某些情況下，也被用在陽極化膜表面來改善對其下方鋁基材料的保護(hù)。
氧化釔已被證明可保護(hù)因制造半導(dǎo)體器件而暴露在含鹵素等離子體下的鋁及鋁 合金表面。已有人使用氧化釔涂層在高純度鋁合金處理室的陽極化表面上，或處理室部件 表面上，以產(chǎn)生絕佳的耐腐蝕保護(hù)(如，上述Sun等人的美國專利No. 6， 777， 873)。
可在室內(nèi)壁表面或室內(nèi)需要高度耐腐蝕性及絕緣性的組件表面上，形成一膜八1203 或是A1203和Y203的膜。在示例性的應(yīng)用中，室基體材料可以是陶瓷材料(A1203、 Si02、 ALN 等)、鋁或不銹鋼，或其它金屬或金屬合金，其具有噴涂層覆蓋在基體材料上。該膜可以是由 周期表中的第III-B族元素的化合物制成，例如Y203。該膜實(shí)質(zhì)上包含一種由A1203和Y203 組成的復(fù)合材料?？墒褂靡环N由釔-鋁-石榴石(YAG)構(gòu)成的噴涂層。此噴涂層的厚度一 般在約50 ii m至300 ii m之間。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)研發(fā)出對使用含鹵素等離子體的半導(dǎo)體處理環(huán)境具有高度耐腐蝕性的特色 燒結(jié)陶瓷材料(specialty sintered ceramic materials)。相較于先前用于半導(dǎo)體處理 設(shè)備中的燒結(jié)陶瓷材料，此特色材料也被改良成具有更佳等離子體抵抗性和調(diào)整的機(jī)械性 質(zhì)。此特色燒結(jié)陶瓷材料的電子性質(zhì)也被調(diào)整，使得材料的電阻率特性(其對等離子體處 理室有影響)可滿足關(guān)鍵室組件的要求。這些電阻率特性要求之前只有表現(xiàn)出較低等離子
體抵抗性的材料才能滿足。本特色材料(其提供等離子體抵抗性、機(jī)械性及電阻率的各種 組合)非常類似先前半導(dǎo)體處理設(shè)備所用的材料。電特性相似的優(yōu)點(diǎn)之一是不需要改變目 前半導(dǎo)體組件制造中常用的處理配方或一般處理?xiàng)l件。 本發(fā)明有興趣的燒結(jié)陶瓷材料包含氧化釔系的固溶體。在一個實(shí)施例中，改變此 燒結(jié)的、包含氧化釔陶瓷材料的電阻率。在一個示例性的實(shí)施技術(shù)中，在氧化釔中加入其它 氧化物，然后燒結(jié)此混合物。其它氧化物的陽離子價數(shù)與Y+3不同，因此可形成Y空缺，導(dǎo)致 電阻率下降。這類其它氧化物的實(shí)例包含但不限于Ce02、T叫、Zr02、Hf02和NbA。在另一 個示例性的實(shí)施技術(shù)中，在氧化釔中加入其它氧化物，然后燒結(jié)此混合物。其它氧化物的陽 離子價數(shù)與Y+3離子相同，但是其離子半徑與Y+3離子明顯不同。在還原性環(huán)境下燒結(jié)此前 驅(qū)混合物，形成0空缺，進(jìn)而導(dǎo)致電阻率下降。這類與Y+3離子具有相同價數(shù)，但離子半徑明 顯不同的其它氧化物的實(shí)例包括但不限于Nd203、 Sm203、 Se203、 Yb203、 Er203、 Ho203和Dy203。
半導(dǎo)體處理室中，一種需要比一般含釔燒結(jié)陶瓷更低電阻的主要組件是靜電吸盤 (electrostatic chuck)。在半導(dǎo)體處理期間，靜電吸盤的設(shè)計者所推薦使用的靜電吸盤表 面電阻率一般落入109-10"Q 'cm間，以減少在靜電吸盤上出現(xiàn)等離子體電弧的機(jī)率。此 電阻率范圍相當(dāng)于導(dǎo)電性在10—9-10—S/m之間。此導(dǎo)電性比一般SiA塊材的導(dǎo)電性(其通 常為10—13S/m)低很多。對其他的耐腐蝕表面來說，等離子體電弧也會是個問題，例如升降梢，其電阻率最好是落在靜電吸盤所需電阻率的范圍內(nèi)。對諸如處理室襯墊的耐腐蝕表面
來說，電阻率可能較高，可以達(dá)到或超過1014Q cm間，仍屬可接受范圍。 至少一種固溶體形成主要摩爾％的燒結(jié)陶瓷材料，有助于其作為電性改性的耐腐
蝕材料。當(dāng)有兩種氧化物用來形成固溶體時，這些氧化物一般包含氧化釔與另一種氧化物
的組合，該另一種氧化物一般是選自氧化鋯、氧化鈰、氧化鯰、氧化鈮及其組合。在某些情況
下，組合使用其它氧化物(如，氧化鈧、氧化銣、氧化釤、氧化鐿、氧化鉺、氧化鈰(及其它鑭
系元素的氧化物))也是可以被接受的。 當(dāng)使用兩種以上的氧化物來形成一種或多種固溶體時，這些氧化物一般會包含氧 化釔、氧化鋯和至少一種其它氧化物，其一般選自氧化鯰、氧化鈧、氧化銣、氧化鈮、氧化釤、 氧化鐿、氧化鉺、氧化鈰及其組合。在特定情況下，也可以使用其它鑭系元素的氧化物。當(dāng) 燒結(jié)陶瓷包含多個固溶體相時，一般來說是兩相或三相。除了該至少一種固溶體相之外，在 該燒結(jié)陶瓷中還可包含由其它化合物或元素金屬形成的其他相。 舉例來說，但不限于此，對使用兩種前驅(qū)體氧化物的燒結(jié)陶瓷來說，實(shí)驗(yàn)證明燒結(jié) 陶瓷包含固溶體，其中氧化釔量約從40摩爾％到少于100摩爾％，且氧化鋯量約從0摩 爾％到約60摩爾％，可產(chǎn)生室溫下電阻率在約107_1015Q wm的燒結(jié)氧化物。預(yù)期同樣范 圍的電阻率可由氧化釔量約從0摩爾％到少于100摩爾％ ，且氧化鈰量約從0摩爾％到低 于約10摩爾％之前驅(qū)體氧化物的組合中得到。預(yù)期在約109-10"0 'cm的電阻率可由氧 化釔量約從0摩爾％到少于100摩爾％，且氧化鯰量約從0摩爾％到低于約100摩爾％的 前驅(qū)體氧化物的組合中得到。預(yù)期表現(xiàn)出電阻率在約l()g-10"Q ，cm的燒結(jié)陶瓷可由氧化 釔量約從約48摩爾％到少于100摩爾％ ，且氧化鈮量約從0摩爾％到高達(dá)約52摩爾％的 前驅(qū)體氧化物的組合中得到。 舉例來說，但不限于此，對使用超過兩種前驅(qū)體氧化物的燒結(jié)陶瓷來說，在一個實(shí) 施例中，當(dāng)此燒結(jié)陶瓷包含固溶體且此燒結(jié)陶瓷是由以下氧化物形成時氧化釔量約從40 摩爾％到少于100摩爾％ ，且氧化鋯量約從0摩爾％到約50摩爾％ ，且氧化鈧量約從約0 摩爾％到少于100摩爾％，此燒結(jié)陶瓷將會表現(xiàn)出在約107-1015Q cm間的電阻率。
在其它實(shí)施例中，當(dāng)此燒結(jié)陶瓷包含固溶體且此燒結(jié)陶瓷是由以下氧化物形成 時氧化釔量約從40摩爾％到少于100摩爾％間，且氧化鋯量約從0摩爾％到約50摩 爾％，且氧化鎗量約從約0摩爾％到高達(dá)低于100摩爾％，此燒結(jié)陶瓷將會表現(xiàn)出在約 107-1015Q cm間的電阻率。 在另一實(shí)施例中，當(dāng)此燒結(jié)陶瓷包含固溶體且此燒結(jié)陶瓷是由以下氧化物形成 時氧化釔量約從40摩爾％到少于10摩爾％ ，且氧化鋯量約從0摩爾％到約45摩爾％ ，且 氧化鈮量約從約0摩爾％到高達(dá)約80摩爾％，此燒結(jié)陶瓷將會表現(xiàn)出在約107-1015Q cm 間的電阻率。 在一個實(shí)施例中，此燒結(jié)陶瓷材料包含3相，其包括第一相固溶體包含 ^03-2102-吣205，其占燒結(jié)陶瓷材料量的約60摩爾％到約90摩爾％ ;Y3Nb07的第二相，其占 燒結(jié)陶瓷材料量的約5摩爾％到約30摩爾％;以及元素態(tài)Nb的第三相，其占燒結(jié)陶瓷材料 量的約1摩爾％到約10摩爾％。 在包含3相的燒結(jié)陶瓷材料的另一個實(shí)施例中，氧化釔量約從60摩爾％到約75 摩爾％ ，氧化鋯量約從約15摩爾％到約25摩爾％ ，且氧化鈮量約從約5摩爾％到約15摩
在由上述Y203-Zr02-Mx0y種類材料形成的燒結(jié)陶瓷樣品中，在M是鈧、鯰、鈮或銣 的實(shí)施例中，暴露在CF4/CHF3等離子體下約76小時后的腐蝕速率(erosion rate)約為 0. 16iim/小時或更低。當(dāng)M是鈰、釤、鉺或其它鑭系元素時，預(yù)期其腐蝕速率大約相同。等 離子體是在應(yīng)用材料公司的溝槽蝕刻等離子體處理室(Enabler)中形成的。等離子體電力 高達(dá)2000瓦，處理室壓力則在10-500mTorr，且襯底溫度約40°C 。此約為0. 16 y m/小時或 更低的腐蝕速率約相當(dāng)于純Y203的腐蝕速率。因此，對燒結(jié)陶瓷所做的改良以提供其較低 電阻率特性并不會對燒結(jié)陶瓷本申的腐蝕速率造成影響。 可將上述的燒結(jié)陶瓷材料應(yīng)用在下方結(jié)構(gòu)表面上。用來形成燒結(jié)陶瓷材料的混合 氧化物在噴涂過程中將彼此反應(yīng)以形成固溶體及任何上述的化合物。由此噴涂法所形成的 燒結(jié)陶瓷的最終相組成與一般塊材燒結(jié)法所形成的陶瓷組成一樣。 雖然可從數(shù)種不同襯底來形成半導(dǎo)體處理設(shè)備，但是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中較喜歡使用 鋁，因?yàn)殇X的效能一向優(yōu)于其它材料?？稍?000系列或5000至7000系列中使用鋁合金 作為襯底來制造半導(dǎo)體處理室及處理組件，其中鋁合金是被上述一種耐等離子體涂層所保 護(hù)。相較于沒有本發(fā)明涂層保護(hù)的鋁合金來說，有涂層保護(hù)的鋁合金在其使用壽命期限 (其被延長至少2倍，甚至高達(dá)4倍)中都具有優(yōu)異的耐等離子體腐蝕特性。
為提供上述具有較長耐腐蝕壽命的特性，將涂層置于壓縮情況下將有幫助。此利 用控制施加涂層期間的沉積條件來達(dá)成。將涂層放在足夠壓縮條件下有助于防止鋁合金襯 底中游移的雜質(zhì)自襯底遷移到涂層內(nèi)，導(dǎo)致涂層出現(xiàn)缺限，使涂層易于被與涂層外表面接 觸的反應(yīng)性物質(zhì)侵入。將涂層置于壓縮情況下也可提高涂層的密度。高密度涂層可提供對 腐蝕性等離子體更佳的保護(hù)并改善被噴涂層保護(hù)的襯底的機(jī)械性質(zhì)。孔隙度(porosity) 是涂層密度的一項(xiàng)指針，亦即，涂層孔隙度愈低，涂層愈緊密。孔隙度是以涂層總體積中開 放空間比例多寡來表示。依據(jù)本發(fā)明所應(yīng)用的氧化釔涂層孔隙度約1.4%。作為比較，應(yīng)用 以先前方法沉積而成的氧化釔涂層，其孔隙度一般在約3%至約5%間。
為了讓所應(yīng)用涂層/膜被壓縮，在施加涂層/膜期間，必須加熱鋁合金上表面至少 達(dá)某個表面深度，使得襯底與涂層間的接口在冷卻時。涂層會因?yàn)殇X合金收縮而被壓縮。將 鋁合金上表面在至少約150-20(TC下，預(yù)熱到至少250mil (0. 25英寸)的深度。襯底可被預(yù) 熱的溫度上界視襯底組成而定，且襯底應(yīng)被預(yù)熱到比襯底的玻璃轉(zhuǎn)換溫度低的溫度。
除了熱/火焰噴涂、等離子體放電噴涂以外，可使用其它方法施加涂層/膜。例如， 可使用以濺鍍燒結(jié)塊材陶瓷標(biāo)的形式存在的物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法。每一種情 況下所獲得涂層的結(jié)構(gòu)可稍有不同，但是，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將可在所欲求的效能下輕 易地進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)以濺鍍或CVD來施加涂層時，施加速率將較緩慢，且組合使用涂層及其下 方的氧化鋁膜可能較具優(yōu)勢。等離子體噴涂和熱噴涂可分別提供優(yōu)異的結(jié)果，兩者都是針 對鋁合金和覆蓋住鋁合金的氧化鋁膜上方來實(shí)施。 如上述，可施加等離子體或熱/火焰噴涂到裸露的鋁合金表面上方。 一般來說， 因?yàn)殇X表面暴露在空氣下的原因，鋁合金表面有一層極薄的原生氧化鋁。較佳的是在裸露 的鋁合金表面上或是表現(xiàn)出原生型氧化物的表面上，施加熱/火焰噴涂或等離子體噴涂涂 層，因?yàn)榭稍诒砻嫱繉娱g形成較佳的鍵結(jié)。 當(dāng)此種有涂層保護(hù)的組件是要用在可能會暴露在氯物質(zhì)下的等離子體處理室內(nèi)
7時，應(yīng)在鋁合金表面上特意創(chuàng)造出來的氧化鋁膜上方，施加等離子體噴涂或熱/火焰噴涂 層，以保護(hù)下方的鋁合金不會受到腐蝕性氯等離子體的腐蝕。在這種情況下，氧化鋁膜 的厚度是在約0. 5mil至約4mil之間，且施加保護(hù)性氧化釔壓縮涂層時的襯底溫度約在 150-200。C之間。 典型地，在將表面陽極化或施加涂層之前，先粗糙化鋁合金表面?？衫弥T如噴 砂，或更典型的，利用電化學(xué)蝕刻之類的技術(shù)，來粗糙化此鋁合金表面。 可提供改良機(jī)械強(qiáng)度并可提供降低電阻率的包含有氧化釔的保護(hù)性涂層的厚度 視使用時鋁合金組件或結(jié)構(gòu)將被暴露的環(huán)境而定。當(dāng)組件將被暴露的溫度較低時，可在不 影響膨脹系數(shù)的情況下，提高等離子體噴涂或熱/火焰噴涂層的厚度。舉例來說，當(dāng)組件將 被暴露在約15t:至約12(TC的溫度循環(huán)下時，且保護(hù)性涂層是等離子體噴涂或熱/火焰噴 涂在2000系列或5000至7000系列中所用鋁合金(其表面上有原生型氧化物膜)表面上 方，A型陶瓷材料或B型陶瓷材料的包含有氧化釔涂層的厚度將在約12mil至約20mil間。 厚度約15mil的涂層即可提供優(yōu)異的效果?？山M合使用厚度低于10mil的較薄的涂層與其 下方的氧化鋁涂層。 雖然等離子體噴涂或熱/火焰噴涂的耐等離子體涂層可產(chǎn)生優(yōu)異的效果，但是為 更進(jìn)一步改良耐等離子體涂層的效能，較好是在將涂層施加到襯底之后，清潔該涂層。此清 潔處理可將半導(dǎo)體處理期間可能造成問題的微量金屬雜質(zhì)移除，并且還可移除涂層表面松 脫的粒子(其可能成為日后處理鄰近于涂層表面的產(chǎn)物時的污染物來源，此鄰近產(chǎn)物有可 能是一半導(dǎo)體組件)。 此清潔處理應(yīng)在不影響保護(hù)涂層效能且不傷害下方鋁合金表面的情況下，移除不 欲求的污染物和沉積副產(chǎn)物。在清潔涂層期間，為了保護(hù)鋁合金表面，先以接觸時不會傷害 鋁合金表面的惰性溶劑來使涂層表面飽和。 一般來說，將有涂層的襯底浸泡在頻率約40kHz 的去離子水超音波浴中約5-30分鐘。接著，施用化學(xué)活性溶劑來移除保護(hù)涂層上的污染 物。 一般來說，以軟拭巾將被稀酸溶液濕潤約3-15分鐘的有涂層襯底表面擦拭干凈。此稀 酸溶液一般包含約0. 1%至約5% (體積％ )的HF(更佳是約1%至約5% );約1%至約 5% (體積％ )的HN03(更佳是約5%至約15% );和80%至約99% (體積％ )的去離子 水。擦拭后，再以去離子水將組件潤濕，接著浸泡在頻率約40kHz的去離子水超音波浴中約 30分鐘至約2小時( 一般來說，約40分鐘至約1小時)。 除了從有涂層的表面上移除污染物與雜質(zhì)之外，以稀HF溶液擦拭有涂層組件的 步驟可提供該有涂層的表面氟化保護(hù)。氟化將使有涂層的表面產(chǎn)生更強(qiáng)健、穩(wěn)定可耐等離 子體的涂層。也可利用將有涂層的表面暴露在含氟物質(zhì)的等離子體下，來達(dá)成氟化的目地。
如上述，可在燒結(jié)期間、火焰/熱噴涂或等離子體噴涂襯底表面期間，創(chuàng)造出在此 所述的特化陶瓷材料。除了已知的應(yīng)用技術(shù)外，可使用例如從燒結(jié)材料靶濺鍍或化學(xué)氣相 沉積到襯底表面，來在各式襯底表面形成陶瓷涂層。這類襯底包括金屬和陶瓷襯底，例如， 但不限于鋁、鋁合金、不銹鋼、氧化鋁、氮化鋁及石英。


圖1中曲線100示出各式材料的電阻率(其為溫度的函數(shù))，其中所施加的電壓在 空氣環(huán)境下為1000伏特。
圖2是Y203-Zr02-Al203的相圖200。此相圖示出在此相圖"A"區(qū)域中的特定陶瓷 材料復(fù)合物及其它組成。此"A"型陶瓷材料是具有優(yōu)異耐鹵素等離子體腐蝕性的陶瓷組合 物。 圖3是Y203-Zr02-Nb205的相圖300。此相圖示出在此相圖"B"區(qū)域中的特定陶瓷 材料復(fù)合物及其它組成。此"B"型陶瓷材料是不僅可耐鹵素等離子體腐蝕性且表現(xiàn)出一經(jīng) 控制的、且較"A"型陶瓷材料更低電阻率性的陶瓷組合物。 圖4中曲線400示出各式材料的電阻率(其為所施加電壓的函數(shù))，其中的測量是 在約室溫(27°C )下測量而得。 圖5中的柱狀圖500顯示出多種陶瓷備暴露在由CF4和CHF3的氣體源所產(chǎn)生的等 離子體下后，其平均腐蝕速率(相對于Y203的腐蝕速率標(biāo)準(zhǔn)化后)。 圖6是有助于施用所述包含特化氧化釔涂層的等離子體噴涂系統(tǒng)的截面圖600。
具體實(shí)施例方式
需知在本文及附隨的權(quán)利要求中，單數(shù)名詞"一 (a， an)或該(the)"，除非另外指 明，否則皆涵蓋其復(fù)數(shù)意涵。"約(about)"在本文中涵蓋所指數(shù)值的±10%的范圍。 在此公開的是特化陶瓷材料(specialized ceramic materials)，其被研發(fā)成可 忍耐使用含鹵素等離子體的半導(dǎo)體處理過程中的腐蝕條件。在特定實(shí)施例中，相較于之前 被研發(fā)來提供耐等離子體腐蝕性的類似陶瓷材料來說，此特化材料已被改性成具有較低的 電阻率特性。此低電阻率特性有助于降低半導(dǎo)體處理室內(nèi)各組件上出現(xiàn)電弧的機(jī)率，最重 要的是，降低在靜電吸盤表面或襯底升降梢上出現(xiàn)電弧的機(jī)率，若在這些地方發(fā)生電弧將 會造成困擾。在過去，組件或至少各組件表面是由氮化鋁或氧化鋁制成，其可能被摻雜來可 提供電特性。雖然此類材料可提供欲求的電特性，但其被腐蝕/侵蝕速率卻很快，因而限制 了組件的使用壽命，并且需經(jīng)常停機(jī)來更換或修復(fù)各組件部分。 此外，作為半導(dǎo)體等離子體處理室的室襯里和功能性組件的各種材料的電特性也 會影響等離子體的行為。等離子體行為改變會影響等離子體處理特性，且當(dāng)此變化具有實(shí) 質(zhì)效果時，就必須改變其它處理參數(shù)，以配合等離子體行為上的變化。與其重新找出制造組 件所需的參數(shù)條件，較實(shí)際的做法是研發(fā)出具有所求電特性的可耐腐蝕的陶瓷材料。只有 一部分表現(xiàn)出具有所求耐腐蝕/侵蝕特性的陶瓷材料可被進(jìn)一步改良，并將電阻率特性控 制在組件接觸等離子體時的期望范圍內(nèi)。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在閱讀過本說明書之后，將 可成功地挑選出可用來形成陶瓷材料的氧化物組合。 為簡便起見，利用燒結(jié)陶瓷研發(fā)出具有期望電特性及可接受的耐鹵素等離子體腐 蝕/侵蝕性的陶瓷材料。此燒結(jié)陶瓷是利用此領(lǐng)域中公知技術(shù)做成的。在其它實(shí)施例中， 可利用熱/火焰噴涂或等離子體噴涂法，而將同一類型具有可接受的耐鹵素等離子體腐蝕 /侵蝕性的陶瓷材料應(yīng)用在諸如鋁或鋁合金的下方材料上作為涂層?；蛘?，可利用燒結(jié)陶瓷 材料來制造靶，并利用物理氣相沉積法將此陶瓷材料沉積在下方材料膜上，特別是當(dāng)所欲 施佳陶瓷材料的設(shè)備范圍很大時，例如處理室襯里。 如前述，有興趣的燒結(jié)材料包含氧化釔。此燒結(jié)的含釔陶瓷材料的電阻率特性可 能有所改變。在示例性的技術(shù)中，在氧化釔中加入至少一種其它的氧化物，再把此混合物加
9以燒結(jié)。至少一種其它氧化物的陽離子價數(shù)與Y3+離子不同，因此會形成Y空缺，造成電阻 率下降。這類氧化物的實(shí)例包括但不限于Ce02、Ti02、Zr02、Hf02和Nb205。在另一個示例性 的實(shí)施技術(shù)中，在氧化釔中加入至少一種其它氧化物，然后在還原性氣氛下燒結(jié)此混合物， 但是，此至少一種其它氧化物的陽離子價數(shù)與Y"相同，但是其陽離子半徑與Y"明顯不同。 此造成0空缺，進(jìn)而導(dǎo)致電阻率下降。這類與Y+3離子具有相同價數(shù)，但離子半徑明顯不同 的其它氧化物的實(shí)例，包括但不限于Nd203、 Sm203、 Se203、 Yb203、 Er203、 Ho203和Dy203。
雖然可由數(shù)種不同的襯底來形成半導(dǎo)體處理室，但是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中較喜歡使用 鋁，因?yàn)殇X的效能一向優(yōu)于其它材料?？稍?000系列或5000至7000系列中使用鋁合金作 為襯底來制造半導(dǎo)體處以室及處理組件，其中鋁合金是被上述一種耐等離子體涂層所保護(hù) (例如A型陶瓷或材料，或是B型陶瓷材料，其使用氧化釔的結(jié)晶形固溶體)。相較于沒有 本發(fā)明涂層保護(hù)的鋁合金來說，有涂層保護(hù)的鋁合金在其使用壽命期限(其被延長至少2 倍，甚至高達(dá)4倍)中都具有優(yōu)異的耐等離子體腐蝕特性。 為提供上述具有較長耐腐蝕壽命的特性，將涂層置于壓縮情況下將有幫助。將涂 層放在足夠壓縮條件下有助于防止鋁合金機(jī)版中游移的雜質(zhì)自襯底遷移到涂層內(nèi)，導(dǎo)致涂 層出現(xiàn)缺限，使涂層易于被與涂層外表面接觸的反應(yīng)性物質(zhì)侵入。將涂層置于壓縮情況下 也可提高涂層的密度。孔隙度(porosity)是涂層密度的一項(xiàng)指針，亦即，涂層孔隙度愈低， 涂層愈緊密?？紫抖仁且酝繉涌傮w積中開放框間比例多寡來表示。依據(jù)本發(fā)明所施加的氧 化釔涂層孔隙度約1.4%。對照組，施加以先前技藝沉積而成的氧化釔涂層，其孔隙度一般 在約3%至約5%間。 為了讓所施加涂層/膜被壓縮，在施加涂層/膜期間，必須加熱鋁合金上表面至少 達(dá)一表面深度，使得襯底與涂層間的接口在冷卻時。涂層會因?yàn)殇X合金收縮而被壓縮。將 鋁合金上表面在至少約150-20(TC下，預(yù)熱至至少250mil (0. 25英寸)的深度。襯底可被預(yù) 熱的溫度上界視襯底組成而定，且襯底應(yīng)被預(yù)熱到比襯底的玻璃轉(zhuǎn)換溫度低的溫度。
當(dāng)此種有涂層保護(hù)的組件是要用在可能會暴露在氯物質(zhì)下的等離子體處理室內(nèi) 時，應(yīng)在鋁合金表面上特意創(chuàng)造出來的氧化鋁膜上方，施加等離子體噴涂或熱/火焰噴涂 層，以保護(hù)下方的鋁合金不會受到腐蝕性氯等離子體的侵蝕。在這種情況下，氧化鋁膜的厚 度是在約0. 5mil至約4mil間，且施加保護(hù)性氧化釔壓縮涂層時的襯底溫度約在150-200°C 間。 一般來說，施加保護(hù)性涂層時此氧化鋁膜的溫度不可以超過氧化鋁的玻璃轉(zhuǎn)換溫度。
典型地，在將表面陽極化或施加涂層之前，先粗糙化鋁合金表面。可利用諸如珠 擊，或更典型的，利用電化學(xué)蝕刻之類的技術(shù)，來粗糙化此鋁合金表面。 可提供改良機(jī)械強(qiáng)度并降低電阻率之包含有氧化釔的保護(hù)性涂層的厚度，視使用 時鋁合金組件或結(jié)構(gòu)將被暴露的環(huán)境而定。當(dāng)組件將被暴露的溫度較低時，可在不影響膨 脹系數(shù)的情況下，提高等離子體噴涂或熱/火焰噴涂層的厚度。舉例來說，當(dāng)組件將被暴 露在約15t:至約12(TC的溫度循環(huán)下時，且保護(hù)性涂層是等離子體噴涂或熱/火焰噴涂在 2000系列或5000至7000系列中所用鋁合金(其表面上有原生型氧化物膜)表面上方，A 型陶瓷材料或B型陶瓷材料的包含有氧化釔涂層的厚度將在約12mil至約20mil間。厚度 約15mil的涂層即可提供優(yōu)異的效果?？山M合使用厚度低于10mil的較薄的涂層與其下方 的氧化鋁涂層。 雖然等離子體噴涂或熱/火焰噴涂的耐等離子體涂層可產(chǎn)生優(yōu)異的效果，但是為更進(jìn)一步改良耐等離子體涂層的效能，較好是在將涂層施加到襯底之后，清潔該涂層。此清 潔處理可將半導(dǎo)體處理期間可能造成問題的微量金屬雜質(zhì)移除，并且還可移除涂層表面松 脫的粒子(其可能成為日后處理有涂層表面鄰近產(chǎn)物時的污染物來源，特別是當(dāng)此鄰近產(chǎn) 物是半導(dǎo)體組件時)。 此清潔處理應(yīng)在不影響保護(hù)涂層效能且不傷害下方鋁合金表面的情況下，移除不 期望的污染物和沉積副產(chǎn)物。在清潔涂層期間，為了保護(hù)鋁合金表面，先以接觸時不會傷害 鋁合金表面的惰性溶劑來使涂層表面飽和。 一般來說，將有涂層的襯底浸泡在頻率約40kHz 的去離子水超音波浴中約5-30分鐘。接著，施用化學(xué)活性溶劑來移除保護(hù)涂層上的污染 物。 一般來說，以軟拭巾將被稀酸溶液濕潤約3-15分鐘的有涂層襯底表面擦拭干凈。此稀 酸溶液一般包含約0. 1 %至約5 % (體積％ )的HF (更佳是約1 %至約5 % );約1 %至約 5 % (體積％ )的HN03 (更佳是約5 %至約15 % )，和80 %至約99 % (體積％ )的去離子 水。擦拭后，再以去離子水將組件潤濕，接著浸泡在頻率約40kHz的去離子水超音波浴中約 30分鐘至約2小時( 一般來說，約40分鐘至約1小時)。 除了從涂層表面移除雜質(zhì)與污染物外，以稀氫氟酸溶液擦拭有涂層保護(hù)的組件表 面的步驟，將可提供涂層表面氟化保護(hù)。氟化將使有涂層的表面產(chǎn)生更強(qiáng)健、穩(wěn)定可耐等 離子體的涂層。也可利用將有涂層的表面暴露在含氟物質(zhì)的等離子體下(例如，密度在約 1 X 109e-/cm3間的CF4等離子體或CF3/CF4等離子體)， 一段足夠長的時間，來使表面或至少 一部分表面氟化。 可在火焰/熱噴涂或等離子體噴涂襯底表面期間，在襯底表面燒結(jié)出此所述的特 化陶瓷材料。但是，如上述，本發(fā)明也涵蓋其它使用此特化陶瓷材料來當(dāng)涂層的方法。舉 例來說，可利用現(xiàn)有技術(shù)，而由燒結(jié)材料靶濺鍍沉積涂層。此外，也可利用化學(xué)氣相沉積法 (CVD)來施加具有此特化陶瓷材料的涂層。可將此涂層應(yīng)用在各式襯底表面上，包括但不限 于鋁、鋁合金、不銹鋼、氧化鋁、氮化鋁及石英。 —般來說，可改善機(jī)械性質(zhì)的陶瓷材料噴涂涂層主要包含至少一種固溶體相，更 典型地，包含兩種固溶體相，其可與化合物和/或元素相一起存在。舉例來說，多相陶瓷一 般包含一或兩種由氧化釔、氧化鋯和/或烯土氧化物，加上釔鋁化合物一起組成的固溶體 相。陶瓷材料是由起始組合物開始形成，該起始組合物包含摩爾濃度范圍在約50% -約 75%的^03 ;摩爾濃度范圍在約10% -約30%的21<)2 ;摩爾濃度范圍在約10% -約30%的 A1203 ;此陶瓷材料可提供優(yōu)異的耐含鹵素等離子體腐蝕能力，同時提供較佳的機(jī)械性質(zhì)，使 得在處理任一種固體陶瓷處理組件時，無需擔(dān)心會傷害到組件。也可以其它的氧化物(包 括Hf02、Sc203、Nd203、Nb205、Sm203、Yb203、Er203、Ce203 (或Ce02)及其組合)來取代氧化鋁，以 幫助改良機(jī)械性質(zhì)。 —般而論，復(fù)合材料是由二或多種具有明顯不同的物理或化學(xué)性質(zhì)的組成材料構(gòu) 成，且宏觀上，其在最終結(jié)構(gòu)上分別保持彼此分開且獨(dú)特的性質(zhì)。此組成材料是由母質(zhì)和強(qiáng) 化材料兩部分構(gòu)成。母質(zhì)材料是透過相對于該強(qiáng)化材料來保持相對位置的方式，而能環(huán)繞 并支持至少一種強(qiáng)化材料。但是，此組成材料具有明顯不同的性質(zhì)，宏觀上，其在最終結(jié)構(gòu) 上保持彼此分開且獨(dú)特的性質(zhì)。但這類材料與此處所述以熱/火焰噴涂、等離子體放電噴 涂等方式形成的陶瓷材料并不相同。 除了噴涂能表現(xiàn)出改良機(jī)械強(qiáng)度的含有特化氧化釔材料外，也可噴涂其它可提供
11較低電阻率性類似的陶瓷材料。降低電阻率有助于降低半導(dǎo)體處理室中在各組件上出現(xiàn)等 離子體電弧的機(jī)率，最常見位置是在靜電吸盤或襯底升降梢上。在過去，可摻雜由氮化鋁制 成的組件，或至少該組件表面，以提供電性。雖然這類材料可提供期望的電子特性，但氮化 鋁的腐蝕/蝕刻速率相當(dāng)快，因而限制了特定組件的使用壽命，且需經(jīng)常停機(jī)以更換或修 復(fù)該些組件部分。 如上述，期望燒結(jié)陶瓷材料包含氧化釔?？筛淖円褵Y(jié)、內(nèi)含釔的陶瓷材料。在示 例性技術(shù)中，在氧化釔中加入至少一種其它氧化物，并將此混合物燒結(jié)。該至少一種其它氧 化物的價數(shù)與Y3+離子不同，因此會形成Y空缺，造成電阻率下降。這類氧化物的實(shí)例包括 但不限于Ce02、 Ti02、 Zr02、 Hf02和Nb205。在另一個示例性的實(shí)施技術(shù)中，在氧化釔中加入 至少一種其它氧化物，然后在還原性氣氛下燒結(jié)此混合物，但是，此至少一種其它氧化物的 陽離子價數(shù)與Y+3相同，但是其陽離子半徑與Y+3明顯不同。此造成0空缺，進(jìn)而導(dǎo)致電阻率 下降。這類與Y"離子具有相同價數(shù)，但離子半徑明顯不同的其它氧化物的實(shí)例，包括但不 限于Nd203、 Sm203、 Sc203、 Yb203、 Er203、 Ho203禾P Dy203。 目前已有數(shù)種燒結(jié)的陶瓷材料被研發(fā)出來，下表提供已被創(chuàng)造出來并評估過的燒
結(jié)陶瓷材料實(shí)例，至于這些陶瓷材料的討論則詳述于后。 實(shí)施例 表
樣品#前驅(qū)體摩爾 %前驅(qū)體重量 %前驅(qū)體重量 份數(shù)/100份 YA熔點(diǎn) (°c)燒結(jié)溫度 (°C )相組成密度 (g/cm3)
1Y203 :75. 0 Hf02 : 20 . 0 Zr02 :5. 0Y203 :77. 82 Hf02 :19. 35 Zr02 :2. 83Y203 :跳00 Hf02 :24. 86 Zr02 :3. 642800> 1800c_ss 單相**5. 607
2Y203 :60. 0 Sc203 :20.0 Zr02 : 20 . 0Y203 :72. 18 Sc203 :14. 69 Zr02 :13. 13Y203 :跳00 Sc203 :20. 36 Zr02 :18. 192360> 1800c_ss 單相**4. 936
3Y203 :60. 0 Nd203 :20.0 Zr02 : 20 . 0Y203 :59. 58 Nd203 :29. 58 Zr02 :10. 84Y203 :跳00 Nd203 :49. 66 Zr02 :18. 19N/A*> 1800c_ss 單相**5. 555
4Y203 :70. 0 Nb203 :10.0 Zr02 : 20 . 0Y203 :75. 53 Nb203 :12. 7 Zr02 :11. 77Y203 :跳00 Nb203 :16. 82 Zr02 :15. 59N/A*> 1800c_ss Y3NbO 和Nb5. 331 *N/A =沒有數(shù)據(jù) **c-SS代表立方釔類固溶體
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實(shí)施例1 圖1是示出各式陶瓷材料的曲線100，包括依據(jù)實(shí)施例所制造出來的A型與B型材 料的電阻率。電阻率在軸104上示出，為溫度的函數(shù)，溫度在軸102上示出。電阻率是在空 氣環(huán)境下，在1000V下測量而得，其使用依據(jù)ASTMD 1829-66或JIS C2141的標(biāo)準(zhǔn)測試狀況
來領(lǐng)lj試o 圖1中的曲線106代表上述表格中樣品#4的含有Nb兆的燒結(jié)陶瓷材料。有關(guān)含 有吣205的燒結(jié)陶瓷材料，預(yù)計可獲得其額外組成的電阻率數(shù)值，如圖3的相圖所示。此燒 結(jié)陶瓷材料包含有3相，第一相的固溶體包含Y203-Zr02-Nb205，其約占燒結(jié)陶瓷約60% (摩 爾％)至約90% (摩爾％);第二相的^吣07，其約占燒結(jié)陶瓷約5% (摩爾％)至約30% (摩爾％);和第三相的元素態(tài)Nb，其約占燒結(jié)陶瓷約lX (摩爾％)至約10% (摩爾％)。 此材料有助于降低電阻率特性到足以防止電弧出現(xiàn)。室溫下電阻率低到約1011Q 'cm，在 20(TC下，則電阻率低到約108Q 'cm，且在一般半導(dǎo)體處理?xiàng)l件下，其電阻率在約109Q *cm 的范圍。 圖1中含有Nb205的燒結(jié)陶瓷材料的實(shí)例之一為Nb205-Zr02-Y203。參照圖3，相圖 中一部分區(qū)域被標(biāo)示為"B"。這個標(biāo)示代表此燒結(jié)陶瓷材料之一固溶體包含約55% (摩 爾％)至約80% (摩爾％)的^03，約5% (摩爾％)至約25% (摩爾％)的Zr02，約5X (摩爾％ )至約25% (摩爾％ )的添加物(如，Nb205、 Hf02、 Nd203或Sc203)。
實(shí)施例2 圖1的圖108代表上述表格中樣品#1的含有Hf02的燒結(jié)陶瓷材料。此燒結(jié)陶瓷 材料表現(xiàn)出比含有Nb205的燒結(jié)陶瓷材料更高的電阻率，其可用來制造相較于靜電吸盤或
基材升降梢來說電弧并非那么關(guān)鍵的半導(dǎo)體處理設(shè)備組件。
實(shí)施例3 圖1的曲線110代表上述表格中樣品#2的含有Sc203的燒結(jié)陶瓷材料。此材料可 用在電阻率要求為1011 Q 'cm的應(yīng)用中。
實(shí)施例4(比較實(shí)施例) 圖1的曲線112代表圖2相圖中的Y203-Zr02-Al203材料。此材料是要與陶瓷材料 的控制電阻率作對照用的。此燒結(jié)陶瓷材料包含由Y203和Zr02共同組成的固溶體，以及由 &03和八1203氧化物組成的化合物。典型燒結(jié)陶瓷材料是由約60% (摩爾％)至約65% (摩 爾％ )的^03，約20% (摩爾％ )至約25% (摩爾％ )的Zr02 ;和約10% (摩爾％ )至約 15% (摩爾％)的八1203。中心陶瓷材料的實(shí)例之一如圖2相圖中的區(qū)域"A"所示，其是由 圖1的Y203-Zr02-Al203圖來代表，包含約60% (摩爾％ )的具有立方氧化釔結(jié)晶結(jié)構(gòu)的 固溶體，其中c-Y203是溶劑，而是Zr02溶質(zhì)；約2% (摩爾％)的具有螢石(fluorite)類型 結(jié)晶結(jié)構(gòu)的固溶體，其中Zr02是溶齊U，而Y203是溶質(zhì)；和約38% (摩爾％)的YAM(Y4A1209) 化合物。 實(shí)施例5 (比較實(shí)施例) 圖1的曲線114代表圖1中包含有配203的陶瓷材料，其為上表中標(biāo)示為樣品#3
的材料。此材料無法滿足為防止電弧現(xiàn)象所需的要求，因此被視為比較實(shí)施例，而非本具發(fā)
明特征的陶瓷材料。 實(shí)施例6 (比較實(shí)施例)
圖1的曲線116代表純^03的燒結(jié)陶瓷的電阻率特性。此材料也是作為一種比較 例，可作為基線，因?yàn)樵S多半導(dǎo)體設(shè)備組件都是用純￥203制成的。相較于純^03的電阻率特 性來說，本發(fā)明的燒結(jié)陶瓷材料可顯著地改善電阻率特性。 圖1的曲線120代表一般用來制作靜電吸盤的摻雜氮化鋁，且曲線122代表第二 種含有摻質(zhì)的氮化鋁，它也是常用來制造靜電吸盤和其它半導(dǎo)體設(shè)備組件的材料，具有較 低的電阻率特性。
實(shí)施例7 圖4中的曲線，顯示多種陶瓷材料測試樣品的電阻率特性為測試電阻率期間所施
加電壓的函數(shù)。軸404為電阻率，軸402則為電壓。測試溫度為室溫(約27°C )。此圖的
目地在顯示本發(fā)明耐腐蝕陶瓷(其已被控制以降低電阻率)和目前廣泛使用含有摻質(zhì)的氮
化鋁陶瓷間在電阻率特性上的差異。雖然含有摻質(zhì)的氮化鋁陶瓷的電阻率較低，但其腐蝕
速率至少比包含氧化釔的陶瓷(其已被改良以降低電阻率)的腐蝕速率高2倍。 特別是，圖4的曲線422代表目前常用來制造靜電吸盤的含有摻質(zhì)的氮化鋁陶瓷。
曲線420代表另一種用來制造競電吸盤及其它低電阻率組件的摻雜氮化鋁陶瓷。 圖4的曲線406代表上述表中樣品#4的含有Nb205的燒結(jié)陶瓷材料。包含氧化釔的
材料已被改性，以降低電阻率使其表現(xiàn)得非常接近含有摻質(zhì)的氮化鋁陶瓷的電阻率(即，
AIN-1)。但是，摻雜氮化鋁陶瓷的腐蝕速率卻比包含曲線406所代表的含氧化釔的陶瓷快
了 10倍，如圖5的柱狀圖500所示。 圖4的曲線408代表上述表中樣品#1的含有HF05的燒結(jié)陶瓷材料。此陶瓷材料 在室溫下表現(xiàn)出比包含Nb205的材料更高的電阻率，其已超過組件可能會出現(xiàn)等離子體電 弧的建議范圍。但是，在半導(dǎo)體處理制程中常見的20(TC處理溫度下，電阻率會回跌到可接 受的范圍，如圖1中的曲線108所示。 圖4的曲線410代表上述表中樣品#2的含有Sc203的燒結(jié)陶瓷材料。同樣的，當(dāng) 處理溫度為20(TC時，此材料可應(yīng)用在電阻率要求為1011 Q cm的應(yīng)用中
為比較目地起見(其系相對于具有內(nèi)含氧化釔固溶體的控制電阻率特性的陶瓷 材料而言)，圖4的曲線412示出一種包含有Y203、 Zr02及A1203的"A"型陶瓷材料，其示于 圖2中。這類"A"型陶瓷材料的實(shí)例之一，如圖1所示，包含約60% (摩爾％ )的立方氧化 釔型結(jié)構(gòu)，其中(3-^03是溶劑，而是21<)2溶質(zhì)；約2% (摩爾％)的具有螢石類型結(jié)晶結(jié)構(gòu) 的固溶體，其中Zr02是溶劑，而Y203是溶質(zhì)；和約38% (摩爾％ )的YAM(Y4A1209)化合物。 雖然A型HPM材料表現(xiàn)出可接受的耐腐蝕性質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)，其電阻率卻比期望最大電阻率 1011Q 'cm來的高。即使在約20(TC下，如圖1的曲線112所示。此材料并未包括在電阻 率特性經(jīng)改良的耐腐蝕陶瓷的實(shí)施例中。 為比較目地起見，圖4的曲線414示出一種包含有Nd203的燒結(jié)陶瓷材料，如表中 樣品#3。此材料無法滿足防止電弧發(fā)生所需的必須要求，且被視為比較例而非構(gòu)成本發(fā)明 的獨(dú)特陶瓷材料的一部分。 為比較起見，圖4的曲線416示出純&03燒結(jié)陶瓷的電阻率特性。此材料也是作 為一種比較例，可作為基線，因?yàn)樵S多半導(dǎo)體設(shè)備組件都是用純Y203制成的。相較于純Y203 的電阻率特性來說，本發(fā)明的燒結(jié)陶瓷材料可顯著地改善電阻率特性。
實(shí)施例8
圖5中的柱狀圖500顯示出多種陶瓷備暴露在等離子體下后其平均腐蝕速率(相 對于Y203的腐蝕速率標(biāo)準(zhǔn)化后)。等離子體是由CF4和CHF3的氣體源中產(chǎn)生。等離子體是 在美商應(yīng)用材料公司的溝渠蝕刻等離子體處理室(Enabler)中形成的。等離子體電力高達(dá) 2000瓦，處理室壓力則在10-500mTorr，且襯底溫度約40。C且處理時間約76小時。軸502 顯示出多種用來測試耐腐蝕的材料種類。標(biāo)示為Y203-10Zr02的測試樣品，代表燒結(jié)的固溶 體陶瓷測試樣品，其由100份重量的Y203加上10份重量的Zr02所燒結(jié)而成的。以鑒別出 上表中所標(biāo)定包含Nb205或Hf(^、或Nd203或Sc203的測試樣品。比較軸504所代表的腐蝕速 率，可知電阻率經(jīng)改性且內(nèi)含氧化釔的燒結(jié)陶瓷材料的腐蝕速率基本上與純氧化釔的腐蝕 速率相同。此外，電阻率性經(jīng)改性且內(nèi)含氧化釔的燒結(jié)陶瓷材料的腐蝕速率也明顯較已知 其它用來制造半導(dǎo)體處理室襯墊及內(nèi)部組件的陶瓷材料(如，A1203、 A1N、石英、W/ZrC、 B4C 和SiC)來得好。 由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和其它參考來源所提供的數(shù)據(jù)，可計算出用以估算等離子體滲漏 電流中UV光效應(yīng)的數(shù)值。等離子體環(huán)境(半導(dǎo)體處理中所會使用到的環(huán)境)中的UV光對 電阻率性經(jīng)改性且內(nèi)含氧化釔的燒結(jié)陶瓷材料的漏電流不會有影響。 有關(guān)193nm UV光(某些半導(dǎo)體處理操作中會使用)對Nb205_B型陶瓷及Hf02_B型
燒結(jié)陶瓷中的漏電流的影響顯示這些材料的電效能不會受這類UV光的影響。 包含陶瓷的對象可用于會與等離子體接觸的半導(dǎo)體處理設(shè)備，包括蓋、襯墊、噴
嘴、氣體分配板、噴頭、靜電吸盤組件、陰影框、襯底固持框、處理套組、陶瓷襯墊等。 圖6是有助于施用本發(fā)明涂層的等離子體噴涂系統(tǒng)(雙陽極a燈管)的截面圖
600。圖6中的特定設(shè)備是Aeroplasma K. K.(東京，日本)公司的APS 7000系列Aeroplasma
噴涂系統(tǒng)。此設(shè)備600包括以下組件第一直流主電極602、第一輔助電極604、第一氬源
606、第一空氣源608、噴涂材料粉末源610、陰極燈管612、加速器噴嘴614、等離子體電弧
616、第二直流主電極618、第二輔助電極620、雙陽極燈管622A和622B、第二氬源626、第二
空氣源(修整等離子體)628A和628B、第三氬源636、噴射等離子體632、融熔等離子體源
634、和將被噴涂的基體材料源624。 雙陽極a燈管638是由兩陽極燈管組成，使得每一個陽極燈管承載一半的熱負(fù)
載。使用雙陽極a燈管638，可以相當(dāng)?shù)偷碾娏髁窟_(dá)成高電壓，因此每一個燈管上的熱負(fù)載
將很低。燈管的每一個噴嘴與電極柱分別為水冷式，且其起始點(diǎn)與終點(diǎn)都受到惰性氣體保
護(hù)，以確保可在200小時內(nèi)穩(wěn)定地操作，可延長消耗部件的壽命并降低維護(hù)成本。 在陰極燈管612與陽極燈管622間形成高溫穩(wěn)定電弧，并可將噴涂材料直接饋送
進(jìn)電弧中。此噴涂材料將被高溫電弧柱完全熔解。電弧得起點(diǎn)與終點(diǎn)都受到惰性氣體保護(hù)，
因此可以空氣或氧氣作為從加速器噴嘴614引入的等離子體氣體。 在雙陽極a上使用等離子體修整功能628，等離子體修整可修剪掉對熔解噴涂材 料無益的噴射等離子體的熱，因此可減少襯底材料和膜膜上的熱負(fù)載，使得可在短距離內(nèi) 制造噴涂。 本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將能把本發(fā)明方法用在類似的噴涂設(shè)備上。上述的實(shí)施例并 非用以限制本發(fā)明范疇，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在閱讀過本發(fā)明后，可將本發(fā)明的實(shí)施例擴(kuò) 大至與本發(fā)明請求標(biāo)的相應(yīng)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種在物體表面噴涂涂層以提供其可耐含鹵素等離子體腐蝕性的方法，其中所述涂層是利用選自下列的技術(shù)來噴涂火焰噴涂、熱噴涂和等離子體噴涂，且其中該噴涂層包含至少一中含釔固溶體。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中用來噴涂主要組件的涂層是一種由包含氧化釔和氧 化鋯的混合物組成的固溶體。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述涂層是由含量約高于80% (摩爾％)至低于 100% (摩爾％)的氧化紀(jì)和含量約高于0% (摩爾％)至約20% (摩爾％)的氧化鈰的 前驅(qū)體材料所形成的。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述涂層是由含量約高于0% (摩爾％)至低于 100% (摩爾％ )的氧化紀(jì)和含量約高于0% (摩爾％ )至約100% (摩爾％ )的氧化金含的前驅(qū)體材料所形成的。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述涂層是由含量約高于48% (摩爾％)至低于 100% (摩爾％ )的氧化紀(jì)和含量約高于0% (摩爾％ )至約52% (摩爾％ )的氧化鈮的 前驅(qū)體材料所形成的。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述涂層是由含量約40% (摩爾％)至約低于100% (摩爾％ )的氧化釔、含量約高于0% (摩爾％ )至約50% (摩爾％ )的氧化鋯和含量約高 于0% (摩爾％ )至約低于100% (摩爾％ )的氧化鈧的前驅(qū)體材料所形成的。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述涂層是由含量約40% (摩爾％)至低于100% (摩爾％ )的氧化釔、含量約高于0% (摩爾％ )至約50% (摩爾％ )的氧化鋯和含量約高 于0% (摩爾％ )至低于約100% (摩爾％ )的氧化金含的前驅(qū)體材料所形成的。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述涂層是由含量約40% (摩爾％)至低于100% (摩爾％)的氧化釔、含量約0% (摩爾％)至約45% (摩爾％)的氧化鋯和含量約高于 0% (摩爾％)至約低于80% (摩爾％)的氧化鈮的前驅(qū)體材料所形成的。
9. 一種將涂層施加至物體表面以提供所述表面耐含鹵素等離子體腐蝕性的方法，其中 所述涂層是從包含至少一種氧化釔固溶體的靶上濺鍍沉積而成。
10. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述靶的主要成分是包含有氧化釔與氧化鋯混合 物的固溶體。
11. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述靶是由前驅(qū)體材料所形成的，所述前驅(qū)體材 料中含有約高于80% (摩爾％)至低于100% (摩爾％)的氧化釔和約高于0% (摩爾％) 至約20% (摩爾％ )的氧化鈰。
12. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述靶是由前驅(qū)體材料所形成的，所述前驅(qū)體材 料中含有約高于0% (摩爾％)至低于100% (摩爾％)的氧化釔和約高于0% (摩爾％) 至約低于100% (摩爾％ )的氧化金含。
13. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述靶是由前驅(qū)體材料所形成的，所述前驅(qū)體材 料中含有約高于48% (摩爾％)至低于100% (摩爾％)的氧化釔和約高于0% (摩爾％) 至約52% (摩爾％ )的氧化鈮。
14. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述靶是由前驅(qū)體材料所形成的，所述前驅(qū)體材 料中含有約50% (摩爾％ )至約75% (摩爾％ )的氧化釔、約10% (摩爾％ )至約30%(摩爾％ )的氧化鋯和約10% (摩爾％ )至約30% (摩爾％ )的氧化鋁。
15.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述靶是由前驅(qū)體材料所形成的，所述前驅(qū)體材 料中含有約40% (摩爾％)至約低于100% (摩爾％)的氧化釔、約高于0% (摩爾％)至 約50% (摩爾％)的氧化鋯和約高于0% (摩爾％)至約低于100% (摩爾％)的氧化鈧。
全文摘要
本發(fā)明公開一種將特化氧化釔陶瓷材料應(yīng)用到半導(dǎo)體處理設(shè)備的方法，所述特化氧化釔陶瓷可耐含鹵素等離子體的腐蝕性。所述特化氧化釔陶瓷材料的一些實(shí)施例的電阻率已被改性，以降低其在半導(dǎo)體處理室中出現(xiàn)電弧的幾率。
文檔編號C23C16/44GK101772589SQ200880101675
公開日2010年7月7日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月2日
發(fā)明者元潔, 吉姆·德姆普斯特, 徐理, 托馬斯·格瑞斯, 段仁官, 肯尼思·S·柯林斯, 詹尼弗·Y·孫, 賀小明, 賽恩·撒奇 申請人:應(yīng)用材料公司