用于形成具有改善的等離子體耐受性的陶瓷涂層的方法和由此形成的陶瓷涂層的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及用于形成具有粒度改善的等離子體耐受性的陶瓷涂層的方法及由此形成的陶瓷涂層。本發(fā)明公開(kāi)了用于形成具有改善的等離子體耐受性的陶瓷涂層的方法及由此形成的陶瓷涂層，該方法包括如下步驟：從粉末供給部分接收具有第一粉末粒度范圍的多個(gè)陶瓷粉末，并利用輸送氣體輸送該粉末；以及使輸送的陶瓷粉末以100至500m/s速度碰撞處理室中的基板以被粉碎而形成涂層，其中多個(gè)第一陶瓷顆粒在第一涂層粒度范圍內(nèi)且多個(gè)第二陶瓷顆粒在第二涂層粒度范圍內(nèi)，第二涂層粒度范圍大于第一涂層粒度范圍，其中第一顆粒的第一陶瓷涂層粒度范圍為200nm至900nm，且其中第二顆粒的第二陶瓷涂層粒度范圍為900nm至10μm。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于形成具有改善的等離子體耐受性的陶瓷涂層的方法和由 此形成的陶瓷涂層
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2014年1月17日向韓國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2014_ 0006146、10-2014-0006147、10-2014-0006148 和 10-2014-0006149 的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先 權(quán)和權(quán)益以及由此根據(jù)35U. S. C. 119所產(chǎn)生的全部權(quán)益，其內(nèi)容通過(guò)引用全部并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶瓷涂層的形成方法及其陶瓷涂 層。
【背景技術(shù)】
[0004] 為了達(dá)到非常高的蝕刻速率和精細(xì)的線寬，在半導(dǎo)體和/或顯示器的制造過(guò)程中 使用具有強(qiáng)腐蝕性的C1-或F-基氣體。為了開(kāi)發(fā)在惡劣環(huán)境中所使用的加工設(shè)備的操作優(yōu) 勢(shì)并延長(zhǎng)加工設(shè)備的循環(huán)壽命的目的，在金屬制品的表面上沉積具有優(yōu)良的等離子體耐受 性的釔基陶瓷氧化物。
[0005] 釔基陶瓷氧化物與腐蝕氣體在陶瓷涂層表面反應(yīng)形成不溶的氟化釔(YF)，由于在 陶瓷涂層的整個(gè)表面上形成的YF層的高粘結(jié)強(qiáng)度，抑制了腐蝕氣體對(duì)釔基陶瓷氧化物的刻 蝕。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種具有增強(qiáng)的等離子體耐受性粒度的陶瓷涂層的形 成方法及其陶瓷涂層。
[0007] 本發(fā)明的實(shí)施方式還提供了一種具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶瓷涂層的形成 方法及其陶瓷涂層，其中孔隙率相當(dāng)小(或緊密度相當(dāng)高），不存在表面微裂紋，且易于陶瓷 粉末控制。
[0008] 本發(fā)明的實(shí)施方式還提供了一種具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶瓷涂層的形成 方法及其陶瓷涂層，其中硬度、粘結(jié)強(qiáng)度和耐受電壓特性得到改善。
[0009] 本發(fā)明的以上方面和其它方面將在以下示例性實(shí)施方式的說(shuō)明中進(jìn)行描述或從 以下示例性實(shí)施方式的說(shuō)明來(lái)看，它是明顯的。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶瓷涂層的形 成方法，該形成方法包括從粉末供給單元接收包含多個(gè)陶瓷粉末顆粒的陶瓷粉末，并利用 輸送氣體輸送所述陶瓷粉末，所述陶瓷粉末具有陶瓷粉末粒度范圍；以及使輸送的陶瓷粉 末以100至500m/s速度碰撞處理室中提供的基材，然后被粉碎并形成陶瓷涂層;所述陶瓷涂 層具有混合存在于其中的多個(gè)第一陶瓷顆粒和多個(gè)第二陶瓷顆粒，該多個(gè)第一陶瓷顆粒具 有第一涂層粒度且該多個(gè)第二陶瓷顆粒具有第二涂層粒度，其中該第一陶瓷顆粒的第一涂 層粒度的范圍為200nm至900nm，且該第二陶瓷顆粒的第二涂層粒度的范圍為900nm至lOwiio
[0011] 陶瓷粉末顆粒的第一粉末粒度在0. lwi!至50WI1范圍內(nèi)。
[0012] 第一陶瓷顆粒的最大數(shù)量存在于第一涂層粒度范圍中在250nm和350nm之間，且第 二陶瓷顆粒的最大數(shù)量存在于第二涂層粒度范圍中在1. Own和1.2mi之間。
[0013] 第一陶瓷顆粒的最大數(shù)量可以大于第二陶瓷顆粒的最大數(shù)量。
[0014] 陶瓷涂層的孔隙率可以在0.01%至1.0%范圍內(nèi)。
[0015] 第一陶瓷顆粒與第二陶瓷顆粒的橫截面比可以在9:1至5:5范圍內(nèi)。
[0016] 在陶瓷涂層的形成中，輸送氣體或基材可以保持在0°C至1000°C范圍內(nèi)的溫度下。 [0017]陶瓷粉末可以為脆性材料。
[0018]陶瓷粉末可以為選自由釔基氧化物、氮化鋁、氮化硅、氮化鈦、Y2〇3-Al2〇3-基化合 物、B4C、Zr02和Al2〇3所組成的組中的一種成分或兩種成分的混合物。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種采用粉末粒度在0.1WI1至50WI1范圍內(nèi)的陶瓷 粉末形成的具有改善的等離子體耐受性的陶瓷涂層，該陶瓷涂層包含:具有第一粒度的多 個(gè)第一陶瓷顆粒;和具有第二粒度的多個(gè)第二陶瓷顆粒，第二粒度大于第一粒度，其中將多 個(gè)第一陶瓷顆粒和多個(gè)第二陶瓷顆粒混合，然后涂覆在基材上以形成陶瓷涂層，第一陶瓷 顆粒的第一粒度的范圍為200nm至900nm，且第二陶瓷顆粒的第二粒度的范圍為900nm至10y m〇
[0020] 第一陶瓷顆粒的最大數(shù)量可以存在于第一粒度范圍中在250nm至350nm之間，且第 二陶瓷顆粒的最大數(shù)量存在于第二粒度范圍中在1. Omi和1.2mi之間。
[0021] 第一陶瓷顆粒的最大數(shù)量可以大于第二陶瓷顆粒的最大數(shù)量。
[0022]陶瓷涂層的孔隙率可以在0.01%至1.0%范圍內(nèi)。
[0023]第一陶瓷顆粒與第二陶瓷顆粒的橫截面比可以在9:1至5:5范圍內(nèi)。
[0024]陶瓷粉末可以為脆性材料。
[0025] 第一陶瓷顆粒和第二陶瓷顆?？梢园x自由釔基氧化物、氮化鋁、氮化硅、氮化 鈦、Y2〇3-Al2〇3-基化合物、B4C、Zr0 2和Al2〇3所組成的組中的一種成分或兩種成分的混合物。
[0026] 基材可以為暴露于等離子環(huán)境的元件。
[0027] 元件可以為用于制造半導(dǎo)體或顯示器的處理室的內(nèi)部元件。元件可以包含選自由 靜電吸盤(pán)、加熱器、腔室襯墊、淋浴頭、化學(xué)氣相沉積(化學(xué)氣相沉積)的舟皿、聚焦環(huán)、壁襯、 屏蔽、冷墊、離子源（source head)、外襯、沉積罩、上襯、排氣板(exhaust plate)、邊緣環(huán) (edge ring)、掩模架(mask frame)及其等同物所組成的組中的一種。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種采用粉末粒度在O.lMi至50wii范圍內(nèi)的陶瓷 粉末形成的具有多涂層粒度的陶瓷涂層，所述陶瓷涂層包括:具有第一粒度的多個(gè)第一陶 瓷顆粒和具有第二粒度的多個(gè)第二陶瓷顆粒，第二粒度大于第一粒度，其中將多個(gè)第一陶 瓷顆粒和多個(gè)第二陶瓷顆粒混合，然后涂覆在基材上以形成陶瓷涂層，第一陶瓷顆粒的第 一粒度的范圍為200nm至900nm，且第二陶瓷顆粒的第二粒度的范圍為900nm至1 Own 〇
[0029] 如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于形成粒度陶瓷涂層的方法及其陶 瓷涂層中，等離子體耐受性得到改善。
[0030] 此外，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于形成陶瓷涂層的方法及其陶瓷涂層 中，孔隙率相當(dāng)?shù)?或緊密度相當(dāng)高），不存在表面微裂紋，且易于陶瓷粉末控制。
[0031] 此外，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于形成具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶 瓷涂層的方法及其陶瓷涂層中，硬度、粘結(jié)強(qiáng)度和耐受電壓特性得到改善。
【附圖說(shuō)明】
[0032]通過(guò)參考附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)地描述，本發(fā)明的以上特 征和其它特征將變得更加明顯，其中：
[0033]圖1為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于形成具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的 陶瓷涂層的裝置的示意圖；
[0034] 圖2為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶瓷涂層 的形成方法的流程圖；
[0035] 圖3為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷粉末的粒度分布的曲線圖；
[0036] 圖4為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶瓷涂層 的橫截面的示意圖；
[0037] 圖5為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷涂層中的第一陶瓷顆粒和第二陶瓷 顆粒的粒度分布的曲線圖；
[0038] 圖6A至6C為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的耐等離 子體Y203陶瓷涂層的SEM照片；
[0039]圖7A至7C為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的Al2〇3陶 瓷涂層的SEM照片；
[0040] 圖8A至8C為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的羥基磷 灰石[Ca1Q(P04) 6(OH)2]陶瓷涂層的SEM照片；
[0041] 圖9A為說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷涂層的SEM照片；
[0042]圖9B為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷涂層的SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0043]以下將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例以使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 容易地制備和使用它們。
[0044] 然而，本發(fā)明可以以多種不同的形式呈現(xiàn)且不應(yīng)被解釋為僅限于本文所闡述的實(shí) 施方式。當(dāng)然，提供這些實(shí)施方式以便本公開(kāi)是徹底和完整的，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表 達(dá)本發(fā)明的理念，本發(fā)明僅由所附的權(quán)利要求限定。
[0045] 本文所用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述具體實(shí)施方案的目的，并非意在限制本發(fā)明。除非上 下文另有明確說(shuō)明，如本文中所使用的單數(shù)形式也意圖包含復(fù)數(shù)形式。進(jìn)一步需要理解的 是，當(dāng)用于本說(shuō)明書(shū)中時(shí)，術(shù)語(yǔ)"包括(comprises)"和/或"包括(comprising)"說(shuō)明存在所 述的特征、整數(shù)、步驟、操作、要素和/或元件，但不排除存在或附加一個(gè)以上的其它特征、整 數(shù)、步驟、操作、要素、元件和/或其群組。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)放大了層和區(qū)域的厚度。 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"和/或"包含一個(gè)以上的所列出的相關(guān)項(xiàng)目的任意組合和所有組 合。
[0046] 需要理解的是，盡管在本文中術(shù)語(yǔ)第一、第二等可用于描述各種構(gòu)件、要素、區(qū)域、 層和/或部分，但是這些構(gòu)件、元件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語(yǔ)的限制。這些術(shù)語(yǔ)僅 用于對(duì)一個(gè)構(gòu)件、要素、區(qū)域、層和/或部分與另一個(gè)進(jìn)行區(qū)分。因此，例如，可以將以下討論 的第一構(gòu)件、第一元件、第一區(qū)域、第一層和/或第一部分稱(chēng)為第二構(gòu)件、第二元件、第二區(qū) 域、第二層和/或第二部分，而不脫離該教導(dǎo)。
[0047] 此外，在本發(fā)明的整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，需要注意的是，術(shù)語(yǔ)"粉末"用于尚未形成陶瓷涂 層的情況下，術(shù)語(yǔ)"顆粒"用于形成陶瓷涂層的情況下。此外，術(shù)語(yǔ)"模態(tài)或模態(tài)值"，作為代 表數(shù)據(jù)的集中趨勢(shì)的統(tǒng)計(jì)之一，是指最經(jīng)常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)的值。
[0048] 圖1為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于形成具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的 陶瓷涂層的裝置的示意圖，圖2為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有增強(qiáng)的等離子體 耐受性的陶瓷涂層的形成方法的流程圖。
[0049] 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的陶瓷涂層形成裝置200包含輸送氣體供給單元210、儲(chǔ)存 和供給陶瓷粉末的粉末供給單元220、利用輸送氣體以高速輸送來(lái)自粉末供給單元220的陶 瓷粉末的輸送管222、將來(lái)自輸送管222的陶瓷粉末涂覆/堆疊或噴涂到基材231上的噴嘴 232,和使來(lái)自噴嘴232的陶瓷粉末與基材231的表面碰撞以被壓碎和/或粉碎而形成具有預(yù) 定厚度的陶瓷涂層的處理室230。
[0050] 現(xiàn)參考圖1和圖2描述根據(jù)本發(fā)明的陶瓷涂層形成方法。
[0051] 存儲(chǔ)在輸送氣體供給單元210中的輸送氣體可以包含選自由氧氣、氦氣、氮?dú)?、?氣、二氧化碳、氫氣及其等同物所組成的組的一種成分或兩種成分的混合物，但是本發(fā)明的 方面不限于此。通過(guò)管211將輸送氣體從輸送氣體供給單元210直接供給至粉末供給單元 220，且通過(guò)流速控制器250可以控制輸送氣體的流速和壓力。
[0052]粉末供給單元220儲(chǔ)存并供給大量的陶瓷粉末。陶瓷粉末的粒度可以在約O.lwii至 約50wii范圍內(nèi)。例如，陶瓷粉末可以具有第一粒度范圍和第一模態(tài)值并可以顯示出與正態(tài) 分布相似的特征。
[0053]如果陶瓷粉末粒度范圍小于約O.lwn，則難以儲(chǔ)存和供給粉末。此外，由于在陶瓷 粉末的儲(chǔ)存和供給過(guò)程中發(fā)生凝聚，當(dāng)噴涂陶瓷粉末以及陶瓷粉末與基材發(fā)生碰撞并被壓 碎和/或粉碎時(shí)，很容易形成粉末壓塊，其中尺寸小于〇 . 1M1的顆粒凝聚成團(tuán)。而且，也難以 形成具有相對(duì)大的面積的陶瓷涂層。
[0054]此外，如果陶瓷粉末粒度范圍大于約50mi，則當(dāng)噴涂陶瓷粉末以及陶瓷粉末與基 材發(fā)生碰撞并被壓碎和/或粉碎時(shí)，可能發(fā)生噴砂現(xiàn)象。由于即使部分形成的陶瓷涂層具有 相對(duì)大的粉末粒度范圍，陶瓷涂層變得不穩(wěn)定且陶瓷涂層的內(nèi)部或表面的孔隙率可能增 加，不能完全實(shí)現(xiàn)材料特性。
[0055]如果陶瓷粉末粒度范圍在約O.lwii至約50_之間，可以獲得具有增強(qiáng)的等離子體 耐受性的陶瓷涂層，其中孔隙率相當(dāng)小(或緊密度相當(dāng)高），不存在表面微裂紋，且易于陶瓷 粉末控制。此外，如果陶瓷粉末粒度范圍在約O.lwii至約50wii之間，可以獲得具有增強(qiáng)的等 離子體耐受性的陶瓷涂層，其中陶瓷涂層的復(fù)膜速度相當(dāng)高，具有半透明度，且可以容易地 實(shí)現(xiàn)材料特性。
[0056]陶瓷粉末可以為脆性材料。脆性材料容易斷裂且少有彈性。
[0057]陶瓷粉末可以包含選自由釔基氧化物、氟化物、氮化物、Y2〇3-Al2〇3-基化合物（例 如YAG、YAP或YAM)、B4C、Zr02、氧化鋁(Al203)及其等同物所組成的組中的一種成分或兩種成 分的混合物，但本發(fā)明的方面不限于此。
[0058]詳細(xì)地，作為脆性材料的陶瓷粉末可以包含選自由氧化釔(Y203)、YAG(Y 3A15012)、 稀土金屬(元素號(hào)為57至71的元素，包含Y和Sc)基氧化物、氧化鋁(Al2〇3)、生物玻璃、二氧化 硅(Si02)、羥基磷灰石Ca1Q(P04)6(0H) 2、二氧化鈦(Ti02)及其等同物所組成的組的一種成分 或兩種成分的混合物。但本發(fā)明的方面不限于此。
[0059] 更詳細(xì)地，作為脆性材料的陶瓷粉末可以包含選自如下所組成的組中的一種成分 或兩種成分的混合物：羥基磷灰石（Ca1Q(P0 4)6(0H)2)、磷酸鈣、生物玻璃、Pb(Zr，Ti)03 (PZT)、氧化鋁(AI2O3)、二氧化鈦(Ti〇2)、氧化錯(cuò)(Zr〇2)、氧化紀(jì)(Y2O3)、氧化紀(jì)穩(wěn)定的氧化錯(cuò) (YSZ)、氧化鏑(Dy2〇3)、氧化IL(Gd2〇3)、氧化鋪（Ce〇2)、氧化IL摻雜氧化鋪(GDC)、氧化鎂 (MgO)、鈦酸鋇(BaTi0 3)、錳酸鎳(NiMn2〇4)、鈮酸鈉鉀(KNaNb03)、鈦酸鉍鉀(BiKTi0 3)、鈦酸鉍 鈉（BiNaTi〇3)、CoFe2〇4、NiFe2〇4、BaFe2〇4、NiZnFe2〇4、ZnFe2〇4、MnxCo 3-x〇4(其中 x是 3 以下的實(shí) 數(shù)）、鐵酸鉍(BiFe03)、鈮酸鉍鋅(BiuZmNh.507)、磷酸鋰鋁鈦玻璃陶瓷、Li-La-Zr-0-基石 榴石氧化物、Li -La-Ti-0-基鈣鈦礦氧化物、La-Ni -0-基氧化物、磷酸鐵鋰、鋰鈷氧化物、Li -Mn-0-基尖晶石氧化物(鋰錳氧化物）、磷酸鋰鋁氧化鎵、氧化鎢、氧化錫、鎳酸鑭、鑭-鍶-錳 氧化物、鑭-鍶-鐵-鈷氧化物、硅酸鹽-基磷光體、Si A10N-基磷光體、氮化鋁、氮化硅、氮化 鈦、A10N、碳化硅、碳化鈦、碳化鎢、硼化鎂、硼化鈦、金屬氧化物-金屬氮化物混合物、金屬氧 化物-金屬碳化物混合物，陶瓷-聚合物混合物、金屬-陶瓷混合物、鎳、銅、硅及其等同物，但 是本發(fā)明的方面不限于此。
[0060] 圖3為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷粉末的粒度分布的曲線圖?，F(xiàn)參考 圖3更加詳細(xì)地描述陶瓷粉末的粒度特征。在圖3中，X軸表示用對(duì)數(shù)范圍表示的陶瓷粉末粒 度(Mi)，Y軸表示粉末粒度(nm)的數(shù)量(ea)或粉末粒度(nm)的比例（％ ) 〇
[0061]通過(guò)激光衍射對(duì)陶瓷粉末粒度進(jìn)行分析。用于測(cè)量陶瓷粉末粒度的裝置的一個(gè)示 例為Beckman Coulter公司制造的LS 13 320〇
[0062] 詳細(xì)地，現(xiàn)對(duì)分析陶瓷粉末粒度的方法進(jìn)行描述。首先，將粉末加入溶劑(如水）中 稀釋成濃度為約10%的懸浮液以形成淤漿。然后，采用超聲波或轉(zhuǎn)子對(duì)淤漿進(jìn)行處理以均 勻地分散陶瓷粉末。接下來(lái)，向處于分散的淤漿狀態(tài)的陶瓷粉末施加激光束，同時(shí)循環(huán)淤漿 粉末。在本文中，對(duì)通過(guò)陶瓷粉末并散射的激光束的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量以分析陶瓷粉末粒度。根 據(jù)所用的分析設(shè)備的模式可以改變陶瓷粉末分析的范圍，但該范圍通常在約0.017M1至約 2000iim 〇
[0063] 如圖3所示，陶瓷粉末可以具有第一粒度范圍和第一模態(tài)值。更加詳細(xì)地，陶瓷粉 末的第一粒度范圍可以在〇? lym至25WI1范圍內(nèi)且陶瓷粉末的第一模態(tài)值可以在約lym至約 l〇Mi之間的范圍內(nèi)。
[0064] 此外，陶瓷粉末還可以具有第二粒度范圍和第二模態(tài)值。更加詳細(xì)地，陶瓷粉末的 第二粒度范圍可以在至50mi范圍內(nèi)且陶瓷粉末的第二模態(tài)值可以在約20_至約40M1 之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在約30wii至約35wii之間的范圍內(nèi)。
[0065] 作為示例，陶瓷粉末的第一模態(tài)值的最大數(shù)量可以小于約5(或5%)且陶瓷粉末的 第二模態(tài)值的最大數(shù)量可以小于約〇. 5(或0.5% )。
[0066]事實(shí)上，如果陶瓷粉末的第一粒度范圍和第二粒度范圍、第一模態(tài)值和第二模態(tài) 值和最大數(shù)量（比例）超過(guò)上述數(shù)值，則難以獲得孔隙率為0.01%至1.0%的陶瓷涂層。此 外，如果陶瓷粉超出上述范圍，則難以獲得以下描述的具有預(yù)定水平的硬度、粘結(jié)強(qiáng)度和耐 受電壓的陶瓷涂層，如下所述。
[0067]作為示例，如果僅采用粒度范圍小于約0. lwii的陶瓷粉末形成陶瓷涂層，則粉末自 身具有相當(dāng)小的粒度范圍。由此，陶瓷涂層具有良好的透光率和低的孔隙率。然而，陶瓷涂 層的形成速度相當(dāng)?shù)颓姨沾煞勰╊w粒凝聚成團(tuán)，使陶瓷粉末控制難以實(shí)現(xiàn)。
[0068]作為另一個(gè)示例，如果采用粒度范圍大于約50wii的陶瓷粉末形成陶瓷涂層，則粉 末自身具有相當(dāng)大的粒度范圍。由此，陶瓷涂層的復(fù)膜速度相當(dāng)高且陶瓷涂層具有高的孔 隙率，由于表面微裂紋使陶瓷涂層變得不穩(wěn)定。
[0069]事實(shí)上，如果采用粒度范圍大于約50wii的陶瓷粉末形成用于半導(dǎo)體工藝的耐等離 子氧化釔陶瓷涂層，盡管氧化釔具有高等離子體耐受性，由于在形成陶瓷涂層的過(guò)程中產(chǎn) 生不穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)，微結(jié)構(gòu)中的粗顆粒之間存在的孔是大尺寸的且由于該孔陶瓷涂層具有 增加的表面積。因此，由于引入到該孔之中的空間中的腐蝕氣體，加速了等離子腐蝕，且被 腐蝕的氧化釔顆粒與陶瓷涂層分離成為污染物顆粒。
[0070] 同時(shí)，陶瓷粉末可以為大致球形，其有利于高速輸送，但本發(fā)明的方面不限于此。 陶瓷粉末還可以具有層狀結(jié)構(gòu)、針狀結(jié)構(gòu)或多邊形結(jié)構(gòu)。
[0071] 此外，在以上描述中具有一種粒度范圍和一個(gè)模態(tài)值的陶瓷粉末和具有兩種粒度 范圍和兩個(gè)模態(tài)值的陶瓷粉末是示例性的。然而，當(dāng)有必要時(shí)，具有三種以上粒度范圍和三 個(gè)以上模態(tài)值的陶瓷粉末也可以應(yīng)用于本發(fā)明中。
[0072] 當(dāng)然，本發(fā)明中所采用的陶瓷粉末的粒度范圍和模態(tài)值不限于第一粒度范圍和第 二粒度范圍以及第一模態(tài)值和第二模態(tài)值。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的陶瓷涂層可以具有一 個(gè)模態(tài)值且可以利用粒度在約〇. lym至約50WI1范圍內(nèi)的陶瓷粉末來(lái)形成。本文中，模態(tài)值可 以在約lym至約lOym范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在約4mi至約lOym范圍內(nèi).
[0073]本文中，根據(jù)本發(fā)明的陶瓷粉末可以通過(guò)專(zhuān)利號(hào)為10-1075993的韓國(guó)專(zhuān)利（注冊(cè) 于2011年10月17日）中所公開(kāi)的方法來(lái)形成，但本發(fā)明的方面不限于此。
[0074]再次參考圖1和圖2對(duì)根據(jù)本發(fā)明的陶瓷涂層形成方法進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0075]在形成陶瓷涂層的過(guò)程中處理室230保持在真空中，為此，可以將真空單元連接至 處理室230。更加詳細(xì)地，處理室230可以保持在約IPa至約800Pa壓力范圍內(nèi)，且通過(guò)高速輸 送管222輸送的陶瓷粉末可以在約500Pa至約2000Pa范圍內(nèi)。然而，不管怎樣，高速輸送管 222的壓力應(yīng)該高于處理室230的壓力。
[0076]此外，由于處理室230的內(nèi)部溫度在約0°C至約30°C的范圍內(nèi)，有利的是，不必需設(shè) 置用于增加或降低處理室230的內(nèi)部溫度的單獨(dú)元件。也就是說(shuō)，可以對(duì)輸送氣體或/和基 材進(jìn)行單獨(dú)加熱并將輸送氣體或/和基材保持在約〇°C至約30°C溫度范圍內(nèi)。
[0077]然而，在某些情況下，為了提高陶瓷涂層的沉積效率和緊密度，可以在約300°C至 約1000°C溫度范圍內(nèi)對(duì)輸送氣體或/和基材進(jìn)行加熱。也就是說(shuō)，可以通過(guò)單獨(dú)的加熱器 (未示出）對(duì)輸送氣體供給單元210中的輸送氣體或處理室230中的基材231進(jìn)行加熱。通過(guò) 加熱輸送氣體或/和基材231可以降低在形成陶瓷涂層時(shí)施加到陶瓷粉末上的應(yīng)力，由此獲 得具有小孔隙率和高緊密度的陶瓷涂層。本文中，當(dāng)輸送氣體或/和基材的溫度高于約1000 °(：時(shí)，陶瓷粉末被熔化以引起快速相變。因此，陶瓷涂層的孔隙率可能增加且陶瓷涂層的內(nèi) 部結(jié)構(gòu)可能變得不穩(wěn)定。此外，當(dāng)輸送氣體或/和基材的溫度低于約300°C時(shí)，施加到陶瓷粉 末上的應(yīng)力可能未降低。
[0078]然而，本發(fā)明并不限制溫度范圍于本文中所公開(kāi)的溫度范圍。根據(jù)形成陶瓷涂層 的基材的特性，可以在〇°C和1000°C之間調(diào)節(jié)輸送氣體和基材的內(nèi)部溫度和/或處理室230 的內(nèi)部溫度。
[0079]同時(shí)，如上所述，處理室230和高速輸送管222(或輸送氣體供給單元210或陶瓷粉 末供給單元220)之間的壓力差可以為約1.5倍至約2000倍。如果壓力差小于1.5倍，則可能 難以高速輸送陶瓷粉末。如果壓力差大于2000倍，則基材的表面由于陶瓷粉末的存在可能 被過(guò)度蝕刻。
[0080]基于處理室230和輸送管222之間的壓力差，粉末供給單元220中的陶瓷粉末，通過(guò) 輸送管222然后輸送至處理室230，并以高速被噴涂。
[0081 ] 此外，處理室230設(shè)有連接至輸送管222的噴嘴232,使陶瓷粉末與基材231以約100 至約500m/s速度碰撞。也就是說(shuō)，通過(guò)在輸送陶瓷粉末的過(guò)程中獲得的動(dòng)能以及在高速碰 撞過(guò)程中產(chǎn)生的碰撞能將通過(guò)噴嘴232的陶瓷粉末壓碎和/或粉碎，由此在基材231的表面 形成具有預(yù)定厚度的陶瓷涂層。
[0082]如下所述，將陶瓷粉末碎裂成具有第一粒度范圍和第一模態(tài)值的第一陶瓷顆粒和 具有第二粒度范圍和第二模態(tài)值的第二陶瓷顆粒。并將第一陶瓷顆粒和第二陶瓷顆粒彼此 無(wú)規(guī)混合并被層壓在基材231的表面，由此形成具有小的孔隙率和高緊密度的陶瓷涂層。 [0083]換言之，使具有第一粒度范圍和第一模態(tài)值并具有正態(tài)分布的陶瓷粉末以約100 至約500m/s速度與基材碰撞并被壓碎和/或粉碎，由此獲得具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的 陶瓷涂層，即具有第一陶瓷顆粒和第二陶瓷顆粒的至少兩個(gè)顆粒峰的陶瓷涂層，第一陶瓷 顆粒具有第一粒度范圍和第一模態(tài)值，第二陶瓷顆粒具有第二粒度范圍和第二模態(tài)值。本 文中，第一陶瓷顆粒的第一粒度范圍小于第二陶瓷顆粒的第二粒度范圍，且第一陶瓷顆粒 的第一模態(tài)值小于第二陶瓷顆粒的第二模態(tài)值，從而提供具有小的粒度的沙粒位于具有大 的粒度的碎石粒之間的結(jié)構(gòu)的陶瓷涂層，即具有極小孔隙率和高復(fù)膜速度/涂覆速度的陶 瓷涂層。以下將描述陶瓷涂層的結(jié)構(gòu)。
[0084]圖4為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶瓷涂層 的橫截面的示意圖，以及圖5為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的陶瓷涂層中的第一陶瓷 顆粒和第二陶瓷顆粒的粒度分布的曲線圖。
[0085]在圖5中，X軸表示陶瓷涂層的粒度(nm)且Y軸表示陶瓷涂層的粒度(nm)的數(shù)量 (ea)或比例（％)。在圖5中，盡管可以將X軸的粒度表示至高達(dá)lOOOOnm，但為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)簡(jiǎn) 略圖5的曲線圖。
[0086]在本文中，通過(guò)掃描電鏡(SEM)，諸如SNE-4500M設(shè)備，可以分析形成陶瓷涂層的第 一陶瓷顆粒和第二陶瓷顆粒的粒度。更加詳細(xì)地，現(xiàn)將描述分析陶瓷涂層粒度的方法。首 先，切割具有待分析的陶瓷涂層的試樣以得到橫截面并研磨橫截面。接下來(lái)，利用％M拍攝 陶瓷涂層并通過(guò)圖像處理軟件對(duì)拍攝的陶瓷涂層圖像進(jìn)行處理以分析第一陶瓷顆粒和第 二陶瓷顆粒的粒度。在本發(fā)明中，對(duì)橫截面積為約llOwii 2的陶瓷涂層的橫截面進(jìn)行拍攝以 分析第一陶瓷顆粒和第二陶瓷顆粒的粒度。此外，通過(guò)計(jì)算第一陶瓷顆粒和第二陶瓷顆粒 的最長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度獲得在約50nm至約2200nm范圍內(nèi)的第一粒度和第二粒度的數(shù)量。然而，觀 察到粒度為l〇Mi以下的第二陶瓷顆粒。
[0087]如圖4和5所示，根據(jù)本發(fā)明具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶瓷涂層120包含形成 在基材110表面的多個(gè)第一陶瓷顆粒121和多個(gè)第二陶瓷顆粒122,第一陶瓷顆粒121具有第 一粒度，第二陶瓷顆粒122具有不同于第一粒度的第二粒度并設(shè)置在多個(gè)第一陶瓷顆粒121 的每一個(gè)之間。也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的陶瓷涂層120配置為使粒度相當(dāng)小的第一陶瓷顆粒 121緊密填充在粒度相當(dāng)大的第二陶瓷顆粒122中形成的裂縫、空間或間隙中。
[0088]更加詳細(xì)地，第一陶瓷顆粒121具有第一粒度范圍和第一模態(tài)值，且第二陶瓷顆粒 122具有大于第一粒度范圍的第二粒度范圍和大于第一模態(tài)值的第二模態(tài)值。此外，將第一 陶瓷顆粒121和第二陶瓷顆粒122彼此混合并層壓/涂覆在基材上，由此形成具有小的孔隙 率和緊密度的陶瓷涂層120。
[0089] 更加詳細(xì)地，第一陶瓷顆粒121的第一粒度范圍在約lnm至約900nm范圍內(nèi)，且第一 陶瓷顆粒121的第一模態(tài)值在約250nm至約800WI1，優(yōu)選地約250nm至約350nm范圍內(nèi)，但并不 限于此。作為示例，第一陶瓷顆粒121的第一模態(tài)值可以略微小于或大于所述的粒度范圍。 [0090] 在本文中，第一陶瓷顆粒121在約200nm至約900nm范圍內(nèi)顯示出與第一陶瓷顆粒 121的第一模態(tài)值(在250nm和800nm之間）的正態(tài)分布相似的特征。然而，第一陶瓷顆粒121 的主要存在尺寸小于200nm。也就是說(shuō)，隨著第一陶瓷顆粒121的粒度范圍的減小，第一陶瓷 顆粒121的數(shù)量（比例）逐漸增加。然而，在本發(fā)明中，由于測(cè)量設(shè)備的限制，小于200nm的第 一陶瓷顆粒121的數(shù)量(比例)或模態(tài)值被忽略。
[0091] 然而，第一陶瓷顆粒121的第一粒度小于約lnm至約200nm是指用于形成第一陶瓷 顆粒121的陶瓷粉末還具有比約lnm至約200nm小的粒度。在這種情況下，實(shí)現(xiàn)陶瓷粉末控制 相當(dāng)困難。此外，第一陶瓷顆粒121的第一粒度大于900nm意味著陶瓷涂層120的透光率開(kāi)始 下降。
[0092] 此外，第二陶瓷顆粒122的第二粒度范圍可以在約900nm至約lOwii范圍內(nèi)，優(yōu)選地 在約900nm至約3圓范圍內(nèi)，且第二陶瓷顆粒122的第二模態(tài)值可以在約l.Owii至約5.0mi范 圍內(nèi)，優(yōu)選地在約l.Owii至約1.2mi范圍內(nèi)，但本發(fā)明的方面不限于此。作為示例，第二陶瓷 顆粒122的第二模態(tài)值可以略微小于或大于上述數(shù)值。
[0093]然而，第二陶瓷顆粒122的第二粒度小于約900nm意味著陶瓷涂層的復(fù)膜速度降 低，且第二陶瓷顆粒122的第二粒度大于約lOwii意味著陶瓷涂層120的透光率下降，孔隙率 增加，并且陶瓷涂層120的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定。
[0094]由于測(cè)量設(shè)備的限制，第二陶瓷顆粒122的第二粒度范圍限于3wii以上，但本發(fā)明 的方面不限于此。
[0095] 此外，第一陶瓷顆粒也可以稱(chēng)為第一粒子且第二陶瓷顆粒也可以稱(chēng)為第二粒子， 本發(fā)明不限于本文中所用的這些術(shù)語(yǔ)。
[0096]同時(shí)，第一模態(tài)值的最大數(shù)量可以比第二模態(tài)值的最大數(shù)量大約2至約10倍，優(yōu)選 2至5倍。
[0097] 更加詳細(xì)地，如圖5所示，第一陶瓷顆粒中的第一模態(tài)值的最大數(shù)量在約300nm處 為約40,第二陶瓷顆粒中的第二模態(tài)值的最大數(shù)量在約llOOnm處為約10。也就是說(shuō)，第一模 態(tài)值的最大數(shù)量比第二模態(tài)值的最大數(shù)量大約4倍，但本發(fā)明的方面不限于此。此外，用于 區(qū)分第一陶瓷顆粒和第二陶瓷顆粒的粒度范圍為約900nm，且在粒度范圍為約900nm處，粒 度的數(shù)量為約2或3。換言之，在用于區(qū)分第一陶瓷顆粒和第二陶瓷顆粒的粒度范圍處，粒度 的數(shù)量(比例)為第二模態(tài)值的最大數(shù)量的約20至30%。
[0098] 此外，如果比例(第一模態(tài)值的最大數(shù)量為約2至10倍，優(yōu)選地約2至5倍)超過(guò)上述 比例，例如，如果第一模態(tài)值的最大數(shù)量大于上述比例，則陶瓷涂層的透光率可以得到改 善，這有利于實(shí)現(xiàn)材料特性，但降低了陶瓷涂層的復(fù)膜速度。作為另一個(gè)示例，如果第一模 態(tài)值小于上述比例，則陶瓷涂層的復(fù)膜速度增加，孔隙率變大，以致表面微裂紋增加，使陶 瓷涂層不穩(wěn)定。
[0099] 通過(guò)陶瓷涂層120的形成方法形成的陶瓷涂層120的孔隙率可以在約0.01%至約 1.0%范圍內(nèi)，優(yōu)選地在約0.01%至約0.2%范圍內(nèi)。也就是說(shuō)，通過(guò)第一陶瓷顆粒121的第 一粒度范圍和第一模態(tài)值、第二陶瓷顆粒122的第二粒度范圍和第二模態(tài)值以及第一陶瓷 顆粒121和第二陶瓷顆粒122的第一模態(tài)值和第二模態(tài)值的數(shù)量(比例)確定孔隙率。如果數(shù) 值超出上述范圍，則可能顯著降低陶瓷涂層120的復(fù)膜速度或顯著增加孔隙率。也就是說(shuō)， 當(dāng)通過(guò)陶瓷涂層120的形成方法形成的陶瓷涂層120具有約0.01%至約1.0%的孔隙率時(shí)， 表面微裂紋變小，從而穩(wěn)定陶瓷涂層120的微結(jié)構(gòu)。
[0100] 本文中，通過(guò)圖像處理軟件測(cè)量陶瓷涂層120的孔隙率，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō) 是公知的，不再進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0101] 此外，陶瓷涂層120的厚度可以在約1M1至約100M1范圍內(nèi)。如果陶瓷涂層120的厚 度小于約lMi，則對(duì)于基材110來(lái)說(shuō)難以工業(yè)使用。此外，如果陶瓷涂層120的厚度大于約100 Mi，則顯著降低透光率。
[0102] 此外，可以將陶瓷涂層120的透光率調(diào)節(jié)為在約1%至約99%范圍內(nèi)，且通過(guò)陶瓷 涂層120的整體厚度、第一陶瓷顆粒121和第二陶瓷顆粒122的第一粒度范圍和第二粒度范 圍以及第一模態(tài)值和第二模態(tài)值可以控制陶瓷涂層120的透光率。作為示例，假設(shè)陶瓷涂層 120具有均勻的厚度且第二模態(tài)值的最大數(shù)量是固定的，則隨著第一陶瓷顆粒121和第二陶 瓷顆粒122中的第一陶瓷顆粒121的第一模態(tài)值的最大數(shù)量的增加，透光率可以變大，且隨 著第一陶瓷顆粒121的第一模態(tài)值的最大數(shù)量的降低，透光率可以變小。此外，假設(shè)第二模 態(tài)值的最大數(shù)量是固定的，不論陶瓷涂層120的厚度，則隨著第一陶瓷顆粒121的第一模態(tài) 值的最大數(shù)量增加，孔隙率可以變小，且隨著第一陶瓷顆粒121的第一模態(tài)值的最大數(shù)量降 低，孔隙率可以變大。
[0103]同時(shí)，第一陶瓷顆粒121與第二陶瓷顆粒122的橫截面比在9:1至5:5范圍內(nèi)，優(yōu)選 地在7.7:2.3的范圍內(nèi)。如上所述，待分析的橫截面積可以為llOwn2。當(dāng)?shù)谝惶沾深w粒121與 第二陶瓷顆粒122的橫截面比在上述范圍內(nèi)時(shí)，則孔隙率可能相當(dāng)?shù)?，不存在表面微裂紋， 陶瓷涂層120是半透明的且可以容易地實(shí)現(xiàn)材料特性。作為示例，當(dāng)?shù)谝惶沾深w粒121與第 二陶瓷顆粒122的橫截面比超出上述范圍時(shí)，即當(dāng)?shù)谝惶沾深w粒121的比例相當(dāng)大時(shí)，則可 以延長(zhǎng)形成/層壓陶瓷涂層120所消耗的時(shí)間，且當(dāng)?shù)谝惶沾深w粒121的比例相當(dāng)小時(shí)，則可 以增加孔隙率。然而，當(dāng)?shù)谝惶沾深w粒121與第二陶瓷顆粒122的橫截面比超出上述范圍時(shí)， 即當(dāng)?shù)诙沾深w粒122的比例相當(dāng)大時(shí)，則可以縮短形成/層壓陶瓷涂層120所消耗的時(shí)間 同時(shí)增加孔隙率，且當(dāng)?shù)诙沾深w粒122的比例相當(dāng)小時(shí)，則可以延長(zhǎng)形成/層壓陶瓷涂層 120所消耗的時(shí)間。
[0104]同時(shí)，如上所述，第一陶瓷顆粒121或第二陶瓷顆粒122可以為脆性材料。為脆性材 料的第一陶瓷顆粒121或第二陶瓷顆粒122可以包含選自由釔基氧化物、氟化物、氮化物、 Y2〇3-Al 2〇3_基化合物（諸如YAG、YAP或YAM)、B4C、Zr02、氧化鋁(A12〇 3)及其等同物所組成的組 中的一種成分或兩種成分的混合物，但本發(fā)明的方面不限于此。
[0105] 詳細(xì)地，為脆性材料的第一陶瓷顆粒121或第二陶瓷顆粒122可以包含選自由氧化 釔(Y2〇3)、YAG(Y 3Al5〇12)、稀土金屬(元素號(hào)為57至71的元素，包含Y和Sc)基氧化物、氧化鋁 (Al 2〇3)及其等同物所組成的組中的一種成分或兩種成分的混合物。但本發(fā)明的方面不限于 此。
[0106] 更詳細(xì)地，為脆性材料的第一陶瓷顆粒121或第二陶瓷顆粒122可以包含選自由氧 化釔(Y2〇3)、YAG(Y 3Al5〇12)、稀土金屬(元素號(hào)為57至71的元素，包含Y和Sc)基氧化物、氧化 鋁(Al 2〇3)、生物玻璃、二氧化硅(Si02)、羥基磷灰石Ca1Q(P〇4)6(OH) 2、二氧化鈦(Ti02)及其等 同物所組成的組中的一種成分或兩種成分的混合物。但本發(fā)明的方面不限于此。
[0107] 更詳細(xì)地，作為脆性材料的第一陶瓷顆粒121或第二陶瓷顆粒122可以包含選自由 如下所組成的組中的一種成分或兩種成分的混合物:羥基磷灰石(Ca 1Q(P04)6(0H)2)、磷酸 鈣、生物玻璃、？13(211'1)0 3(?21')、氧化鋁(41203)、二氧化鈦(1'102)、氧化鋯(2抑 2)、氧化釔 (丫2〇3)、氧化紀(jì)穩(wěn)定的氧化錯(cuò)(￥32)、氧化鏑(〇72〇3)、氧化1(6(12〇3)、氧化鋪(〇6〇2)、氧化令1 摻雜氧化鈰(GDC)、氧化鎂(MgO)、鈦酸鋇(BaTi〇3)、錳酸鎳(NiMn 2〇4)、鈮酸鈉鉀(KNaNb〇3)、 鈦酸鉍鉀（BiKTi03)、鈦酸鉍鈉（BiNaTi〇3)、CoFe2〇4、NiFe2〇4、BaFe2〇4、NiZnFe2〇4、ZnFe 2〇4、 MnxCo3-x〇4(其中x是3以下的實(shí)數(shù)）、鐵酸鉍(BiFe0 3)、鈮酸鉍鋅(BiuZmNbuo?)、磷酸鋰鋁鈦 玻璃陶瓷、Li-La_Zr-〇-基石植石氧化物、Li-La_Ti-〇-基媽欽礦氧化物、La_Ni-〇-基氧化 物、磷酸鐵鋰、鋰鈷氧化物、Li-Mn-0-基尖晶石氧化物(鋰錳氧化物）、磷酸鋰鋁氧化鎵、氧化 鎢、氧化錫、鎳酸鑭、鑭-鍶-錳氧化物、鑭-鍶-鐵-鈷氧化物、硅酸鹽-基磷光體、SiAlON-基磷 光體、氮化鋁、氮化硅、氮化鈦、A10N、碳化硅、碳化鈦、碳化鎢、硼化鎂、硼化鈦、金屬氧化物-金屬氮化物混合物、金屬氧化物-金屬碳化物混合物，陶瓷_聚合物混合物、金屬-陶瓷混合 物、鎳、銅、硅及其等同物，但是本發(fā)明的方面不限于此。
[0108] 本文中，基材110可以包含選自由玻璃、金屬、塑料材料、聚合物樹(shù)脂、陶瓷及其等 同物所組成的組中的一種材料，但本發(fā)明的方面不限于此。
[0109] 圖6A至6C為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的耐等離 子體Y2〇3陶瓷涂層的SEM照片，圖7A至7C為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有增強(qiáng)的等離子 體耐受性的Al 2〇3粒度陶瓷涂層的SEM照片，以及圖8A至8C為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的 具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的羥基磷灰石[Ca 1Q(P04)6(0H)2]陶瓷涂層的SEM照片。
[0110]在圖6A至圖8C所示的照片中，由"納米顆粒"所表示的部分是指本文所描述的第一 陶瓷顆粒，且由"微米顆粒"所表示的部分是指本文所描述的第二陶瓷顆粒。
[0111] 從圖6A至圖8C所示的多張照片中可以確認(rèn)，根據(jù)本發(fā)明的陶瓷涂層的第一陶瓷顆 粒和第二陶瓷顆粒配置為形成于玻璃基板上的水平（左到右)延伸的層或橫向平放的針，而 不是圓形或球體。通過(guò)這種配置，顯著降低了根據(jù)本發(fā)明的陶瓷涂層的孔隙率并降低了表 面微裂紋，從而提供穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)。
[0112] 因此，在采用根據(jù)本發(fā)明的陶瓷涂層的產(chǎn)品的半導(dǎo)體制造方法中，例如，證明了改 善的等離子體耐受性并且腐蝕速度降低，從而降低了分散在半導(dǎo)體處理室中的顆粒的比 例。
[0113] 此外，盡管已經(jīng)描述了第二陶瓷顆粒具有約3M1的第二粒度，這是由于分析設(shè)備的 限制，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，第二陶瓷顆粒的第二粒度可以為10M1以下。
[0114] 圖9A為說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的陶瓷涂層的SEM照片，圖9B為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 方式的陶瓷涂層的SEM照片。
[0115]更詳細(xì)地，圖9A為通過(guò)大氣等離子噴涂(APS)形成于基材表面的耐等離子陶瓷涂 層的SEM照片。在APS中，通過(guò)創(chuàng)建對(duì)在空氣中施加高電壓所產(chǎn)生的高能量DC放電惰性的氣 體環(huán)境而產(chǎn)生等離子體。等離子體具有熱能，所述熱能具有在約l〇〇〇(TC至約20000°C范圍 內(nèi)的超高溫度。此外，在基材中粒度范圍在約30wii至約50wii范圍內(nèi)的陶瓷粉末暴露于具有 超高溫度的等離子體以被熔化并被噴涂以形成粒度范圍在約5wii至約lOwii范圍內(nèi)的陶瓷涂 層。然而，由于暴露于超高溫度區(qū)域的陶瓷粉末的極其快速的相變和非均勻的熔化時(shí)間，通 過(guò)APS形成的陶瓷涂層可以具有高孔隙率(諸如2至5%)，如圖9A所示，且由于耐等離子陶瓷 涂層的高溫碰撞，可以產(chǎn)生許多微裂紋。如上所述，通過(guò)APS形成的耐等離子陶瓷涂層可以 具有高比表面積和許多微裂紋。因此，當(dāng)將耐等離子陶瓷涂層應(yīng)用于半導(dǎo)體/顯示器制造方 法中時(shí)，耐等離子涂層的顆粒可能被腐蝕，導(dǎo)致加工零件的污染，并最終造成對(duì)半導(dǎo)體/顯 示器制造方法的產(chǎn)品的損壞。
[0116]同時(shí)，如圖9B所示，根據(jù)本發(fā)明的耐等離子陶瓷涂層顯示出緊密度和小的比表面 積。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的耐等離子陶瓷涂層具有在約0.01%至約1.0%范圍內(nèi)的孔隙 率，其比常規(guī)孔隙率小得多。換言之，根據(jù)本發(fā)明的耐等離子陶瓷涂層具有在約99%至約 99.99%范圍內(nèi)的緊密度，其比常規(guī)的緊湊度高得多。因此，根據(jù)本發(fā)明的耐等離子陶瓷涂 層具有比現(xiàn)有技術(shù)的耐等離子陶瓷涂層更高的等離子體耐受性。
[0117] 表1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)APS形成的耐等離子陶瓷涂層與根據(jù)本發(fā)明的耐等 離子陶瓷涂層的各物理性能的對(duì)比結(jié)果。
[0118] 表1
[0120]如在表1中列出的，現(xiàn)有技術(shù)的耐等離子陶瓷涂層具有1至2GPa的硬度，然而根據(jù) 本發(fā)明的耐等離子陶瓷涂層具有9至13GPa的硬度。此外，現(xiàn)有技術(shù)的耐等離子陶瓷涂層具 有5至6MPa的粘結(jié)強(qiáng)度，然而根據(jù)本發(fā)明的耐等離子陶瓷涂層具有70至90MPa的粘結(jié)強(qiáng)度。 此外，現(xiàn)有技術(shù)的耐等離子陶瓷涂層具有2至4%的孔隙率，然而根據(jù)本發(fā)明的耐等離子陶 瓷涂層具有0.01至1.0%的孔隙率。最后，現(xiàn)有技術(shù)的耐等離子陶瓷涂層具有10至20V/wii的 耐受電壓，然而根據(jù)本發(fā)明的耐等離子陶瓷涂層具有80至120V/wii的耐受電壓。
[0121]如上所述，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的耐等離 子陶瓷涂層具有優(yōu)異的硬度、粘結(jié)強(qiáng)度、孔隙率和耐受電壓。因此，耐等離子陶瓷涂層在等 離子環(huán)境下具有改善的等離子體耐受性。
[0122]本文中，通過(guò)使用金剛石四角錐工具按壓耐等離子陶瓷涂層形成的標(biāo)記來(lái)測(cè)量硬 度，通過(guò)使用桿孔(rod cell)拉形成在基材上的耐等離子涂層來(lái)測(cè)量粘結(jié)強(qiáng)度，通過(guò)在耐 等離子陶瓷涂層上安裝兩個(gè)電極來(lái)測(cè)量耐受電壓，通過(guò)獲取由剪切耐等離子陶瓷涂層、拍 攝切割的耐等離子陶瓷涂層而獲得圖像并利用具有圖像處理軟件的計(jì)算機(jī)分析圖像來(lái)測(cè) 量孔隙率。由于測(cè)量方法對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是眾所周知的，因此不再給出其詳細(xì)描述。
[0123] 同時(shí)，其上形成有根據(jù)本發(fā)明的耐等離子陶瓷涂層的基材可以為暴露于等離子環(huán) 境的部件。也就是說(shuō)，該部件可以為用于制造半導(dǎo)體或顯示器的處理室的內(nèi)部部件。更加詳 細(xì)地，該部件可以包含選自由靜電吸盤(pán)、加熱器、腔室襯墊、淋浴頭、化學(xué)氣相沉積(CVD)的 舟皿、聚焦環(huán)、壁襯、屏蔽、冷墊、源頭、外襯、沉積罩、上襯、排氣板、邊緣環(huán)、掩模架及其等同 物所組成的組中的一種部件。然而，本發(fā)明并不將其上形成有耐等離子陶瓷涂層的基材或 部件限制于本文中所列出的這些部件。
[0124] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明，具有第一粒度范圍和第一模態(tài)值的第一陶瓷顆粒和具有 大于第一粒度范圍的第二粒度范圍和大于第一模態(tài)值的第二模態(tài)值的第二陶瓷顆粒以混 合狀態(tài)共存而形成陶瓷涂層，從而得到具有增大的透光率(半透明度）同時(shí)在形成陶瓷涂層 中具有高的復(fù)膜速度的基材。
[0125] 而且，由于將具有第一粒度范圍和第一模態(tài)值的第一陶瓷顆粒與具有第二粒度范 圍和第二模態(tài)值的第二陶瓷顆粒適當(dāng)?shù)鼗旌弦孕纬赏繉?，因此可以形成孔隙率小?.0% 的穩(wěn)定的涂層結(jié)構(gòu)（即高度緊密的涂層結(jié)構(gòu)）同時(shí)抑制表面微裂紋。
[0126] 此外，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)調(diào)節(jié)粉末粒度范圍和壓力差可以容易地將形成于基材表 面的涂層的應(yīng)力調(diào)節(jié)至所需值。
[0127] 此外，本發(fā)明提供了具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶瓷涂層，其具有優(yōu)于現(xiàn)有技 術(shù)的陶瓷涂層的硬度、粘結(jié)強(qiáng)度和耐受電壓特性。
[0128] 本發(fā)明還可以應(yīng)用于耐等離子涂層、生物陶瓷涂層和/或絕緣涂層。
[0129] 盡管參考其示例性實(shí)施方式特別地示出和描述了根據(jù)本發(fā)明的具有增強(qiáng)的等離 子體耐受性的陶瓷涂層的形成方法及其陶瓷涂層，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在其 形式和細(xì)節(jié)方面可以做出多種變化而不偏離如通過(guò)以下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神 和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有增強(qiáng)的等離子體耐受性的陶瓷涂層的形成方法，所述形成方法包括： 從粉末供給單元接收包含多個(gè)陶瓷粉末顆粒的陶瓷粉末，并利用輸送氣體輸送所述陶 瓷粉末，所述陶瓷粉末具有陶瓷粉末粒度范圍；和 使輸送的陶瓷粉末以100至500m/s速度碰撞處理室中提供的基材，然后被粉碎并形成 陶瓷涂層，所述陶瓷涂層具有混合存在于其中的多個(gè)第一陶瓷顆粒和多個(gè)第二陶瓷顆粒， 所述多個(gè)第一陶瓷顆粒具有第一涂層粒度且所述多個(gè)第二陶瓷顆粒具有第二涂層粒度， 其中所述第一陶瓷顆粒的第一涂層粒度的范圍為200nm至900nm，且所述第二陶瓷顆粒 的第二涂層粒度的范圍為900nm至10μπι 〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其中所述陶瓷粉末的第一粉末粒度的范圍為O.lMi 至 50μηι。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其中所述第一陶瓷顆粒的最大數(shù)量存在于第一涂 層粒度范圍中在250nm至350nm之間，且所述第二陶瓷顆粒的最大數(shù)量存在于第二涂層粒度 范圍中在1 .Own至1.2μηι之間。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其中所述第一陶瓷顆粒的最大數(shù)量大于所述第二 陶瓷顆粒的最大數(shù)量。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其中所述陶瓷涂層的孔隙率在0.01%至1.0%范圍 內(nèi)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其中所述第一陶瓷顆粒與所述第二陶瓷顆粒的橫 截面比在9:1至5:5范圍內(nèi)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其中在所述陶瓷涂層的形成中，所述輸送氣體或所 述基材保持在〇 °C至1000 °C范圍內(nèi)的溫度下。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其中所述陶瓷粉末為脆性材料。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其中所述陶瓷粉末為選自由釔基氧化物、氮化鋁、 氮化娃、氮化鈦、Y2O3-AI2O3-基化合物、B4C、Zr〇2和AI2O3所組成的組中的一種成分或兩種成 分的混合物。10. -種采用粉末粒度在0. Ιμπι至50μηι范圍內(nèi)的陶瓷粉末形成的具有改善的等離子體 耐受性的陶瓷涂層，所述陶瓷涂層包括： 具有第一粒度的多個(gè)第一陶瓷顆粒;和 具有第二粒度的多個(gè)第二陶瓷顆粒，所述第二粒度大于所述第一粒度， 其中將所述多個(gè)第一陶瓷顆粒和所述多個(gè)第二陶瓷顆粒混合，然后涂覆在基材上以形 成陶瓷涂層，所述第一陶瓷顆粒的第一粒度的范圍為200nm至900nm，且所述第二陶瓷顆粒 的第二粒度的范圍為900nm至1 Ομπι 〇11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷涂層，其中所述第一陶瓷顆粒的最大數(shù)量存在于第一 粒度范圍中在250nm和350nm之間，且所述第二陶瓷顆粒的最大數(shù)量存在于第二粒度范圍中 在 1. Ομπι和 1.2μηι之間。12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷涂層，其中所述第一陶瓷顆粒的最大數(shù)量大于所述第 二陶瓷顆粒的最大數(shù)量。13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷涂層，其中所述陶瓷涂層的孔隙率在0.01%至1.0%范 圍內(nèi)。14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷涂層，其中所述第一陶瓷顆粒與所述第二陶瓷顆粒的 橫截面比在9:1至5:5范圍內(nèi)。15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷涂層，其中所述陶瓷粉末為脆性材料。16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷涂層，其中所述第一陶瓷顆粒和所述第二陶瓷顆粒包 含選自由釔基氧化物、氮化鋁、氮化硅、氮化鈦、Y203-A1 203-基化合物、B4C、Zr02和Al2〇3所組 成的組中的一種成分或兩種成分的混合物。17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷涂層，其中所述基材為暴露于等離子環(huán)境的元件。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的陶瓷涂層，其中所述元件為用于制造半導(dǎo)體或顯示器的處 理室的內(nèi)部元件。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的陶瓷涂層，其中所述元件包含選自由靜電吸盤(pán)、加熱器、腔 室襯墊、淋浴頭、用于化學(xué)氣相沉積(CVD)的舟皿、聚焦環(huán)、壁襯、屏蔽、冷墊、離子源、外襯、 沉積罩、上襯、排氣板、邊緣環(huán)、掩模架及其等同物所組成的組中的一種。20. -種采用粉末粒度在0 . lwii至50μπι范圍內(nèi)的陶瓷粉末形成的具有多涂層粒度的陶 瓷涂層，所述陶瓷涂層包括： 多個(gè)具有第一粒度的第一陶瓷顆粒;和 多個(gè)具有第二粒度的第二陶瓷顆粒，所述第二粒度大于所述第一粒度， 其中將多個(gè)所述第一陶瓷顆粒和多個(gè)所述第二陶瓷顆?；旌?，然后涂覆在基材上以形 成陶瓷涂層，所述第一陶瓷顆粒的第一粒度的范圍為200nm至900nm，且所述第二陶瓷顆粒 的第二粒度的范圍為900nm至1 Ομπι 〇
【文檔編號(hào)】C23C24/04GK106029948SQ201480075571
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2014年12月4日
【發(fā)明人】李文基, 金秉基, 樸載赫, 金大根, 李明魯
【申請(qǐng)人】Iones株式會(huì)社