具有陶瓷涂層的經(jīng)熱處理陶瓷基板及用于經(jīng)涂布陶瓷的熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的具體實(shí)施例一般與用以熱處理經(jīng)涂布陶瓷物品的熱處理工藝有關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體工業(yè)中，通過(guò)可產(chǎn)生尺寸越發(fā)減少的結(jié)構(gòu)的數(shù)種制造工藝來(lái)制造元件。 某些制造工藝(例如等離子體蝕刻與等離子體清潔工藝)使基板暴露至高速等離子體流，以 蝕刻或清潔基板。等離子體為高度腐蝕性，且會(huì)腐蝕暴露于等離子體的處理腔室以及其他 表面。此腐蝕會(huì)產(chǎn)生粒子，粒子常會(huì)污染正在被處理的基板，導(dǎo)致元件缺陷。
[0003] 隨著元件幾何尺寸的縮減，對(duì)缺陷的敏感度會(huì)增加，且對(duì)于粒子污染的需求變得 更臻嚴(yán)格。因此，當(dāng)元件的幾何尺寸縮減時(shí)，可允許的粒子污染程度則會(huì)降低。為了使等離 子體蝕刻及/或等離子體清潔工藝所產(chǎn)生的粒子污染達(dá)到最低，已開(kāi)發(fā)出可抵抗等離子體 的腔室材料。這類(lèi)抗等離子體材料的實(shí)例包括含有六1 203^1151(：、￥203、石英與2抑2的陶瓷。 然而，對(duì)于某些應(yīng)用而言，這些陶瓷材料的抗等離子體特性是不夠的。舉例而言，在使用于 閾值尺寸為45納米或32納米的半導(dǎo)體元件的等離子體蝕刻工藝中時(shí)，利用傳統(tǒng)陶瓷制造工 藝所制造的抗等離子體陶瓷蓋板及/或噴嘴會(huì)產(chǎn)生無(wú)法接受的粒子污染程度。此外，當(dāng)這類(lèi) 抗等離子體陶瓷被使用作為陶瓷涂層時(shí)，這些涂層會(huì)產(chǎn)生較高的粒子污染程度，且會(huì)因分 層剝落(delamination)而故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在一具體實(shí)施例中，提供了一種具有陶瓷基板與陶瓷涂層的陶瓷物品，該陶瓷涂 層具有初始孔隙度與初始裂縫量。該陶瓷物品被以約每分鐘〇.l°C至約每分鐘20°C的升降 溫速率加熱至介于約l〇〇〇°C與約1800°C間的溫度范圍。以該溫度范圍內(nèi)的一或多個(gè)溫度熱 處理該陶瓷物品達(dá)約24小時(shí)的歷時(shí)。接著以該升降溫速率來(lái)冷卻該陶瓷物品，其中在熱處 理之后，該陶瓷涂層具有降低的孔隙度與降低的裂縫量。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 在如附圖中是藉例示而非限制來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，在附圖中相同的元件符號(hào)是代表相 似的元件。應(yīng)注意在本文中當(dāng)述及"一"或"一個(gè)"具體實(shí)施例時(shí)，并不一定是指相同的具體 實(shí)施例，這類(lèi)敘述是代表"至少一個(gè)"。
[0006] 圖1A說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的制造系統(tǒng)的例示架構(gòu)；
[0007] 圖1B說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于熱處理陶瓷物品的一種工藝；
[0008] 圖2A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在利用熱處理處理陶瓷涂層之前以及在利用熱處理 處理陶瓷涂層之后的陶瓷涂層表面的顯微照片；
[0009] 圖2B為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在利用熱處理處理陶瓷涂層之前以及在各種溫度和 處理歷時(shí)下利用熱處理處理陶瓷涂層之后的陶瓷涂層表面在4,000倍放大倍率下的其他顯 微照片；
[0010]圖2C為根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例的在利用熱處理處理陶瓷涂層之前以及在各種溫 度和處理歷時(shí)下利用熱處理處理陶瓷涂層之后的陶瓷涂層表面在20,000倍放大倍率下的 其他顯微照片；
[0011]圖2D為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在陶瓷涂層經(jīng)處理之前以及在陶瓷涂層經(jīng)處理之后 的陶瓷涂層表面在1〇,〇〇〇倍放大倍率下的其他顯微照片；
[0012] 圖3A為顯示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的在熱處理前后的陶瓷物品的截面?zhèn)纫晥D的 顯微照片；
[0013] 圖3B為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在不同溫度與不同歷時(shí)下進(jìn)行熱處理前后的陶 瓷物品在4,000倍放大倍率下的截面?zhèn)纫晥D的顯微照片；
[0014] 圖3C為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在熱處理前后的陶瓷物品在20,000倍放大倍率 下的截面?zhèn)纫晥D的顯微照片；
[0015] 圖3D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的在熱處理前后的HPM陶瓷復(fù)合涂層的相態(tài)組成 比較。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明的具體實(shí)施例是與一種用于熱處理陶瓷物品的工藝有關(guān)，且與利用熱處理 所處理的陶瓷物品有關(guān)。在一實(shí)施例中，提供了一種包括陶瓷基板與陶瓷涂層的陶瓷物品， 該陶瓷涂層具有初始孔隙度、對(duì)該陶瓷基板的初始鍵結(jié)強(qiáng)度以及初始裂縫量。該陶瓷基板 可為燒結(jié)陶瓷，且該陶瓷涂層是等離子體噴涂陶瓷。該陶瓷物品可為，例如等離子體蝕刻器 的陶瓷蓋板、噴嘴或處理套件。該陶瓷物品被以約每分鐘〇.l°C至約每分鐘20°C的升降溫速 率加熱至介于約1 〇〇〇°C與約1800°C間的溫度范圍。該陶瓷物品在該溫度范圍內(nèi)的一或多個(gè) 溫度下進(jìn)行熱處理達(dá)約24小時(shí)的歷時(shí)。接著該陶瓷物品被以該升降溫速率予以冷卻。在熱 處理之后，該陶瓷涂層具有減少的表面缺陷、降低的涂層孔隙度以及減少的裂縫量。該陶瓷 涂層也具有降低的表面粗糙度，且另外具有對(duì)等離子體的較大抵抗性。此外，在熱處理之 后，該陶瓷涂層對(duì)陶瓷基板具有較強(qiáng)的界面性，該較強(qiáng)的界面性提供了對(duì)陶瓷基板的較大 黏結(jié)強(qiáng)度。較強(qiáng)的界面性是因在陶瓷基板與陶瓷涂層之間形成過(guò)渡層所致。
[0017] 在一實(shí)施例中，加熱爐對(duì)包含陶瓷基板與陶瓷涂層的陶瓷物品執(zhí)行熱處理工藝， 其中該陶瓷涂層具有初始孔隙度與初始裂縫量。該加熱爐以每分鐘約〇.l°C至每分鐘約20 °C的升降溫速率來(lái)加熱該陶瓷物品，直到該陶瓷物品達(dá)到指定溫度或溫度范圍為止。該指 定溫度范圍從約l〇〇〇°C變化至約1800°C，且該指定溫度是該指定溫度范圍內(nèi)的溫度。加熱 爐于該指定溫度及/或該溫度范圍內(nèi)的其他指定溫度下對(duì)該陶瓷物品熱處理達(dá)約24小時(shí)的 歷時(shí)。該加熱爐接著以該升降溫速率來(lái)冷卻該陶瓷物品。在熱處理之后，該陶瓷物品具有降 低的表面孔隙度及減少的裂縫量。
[0018] 本發(fā)明的實(shí)施例經(jīng)由過(guò)渡層的形成而增加陶瓷涂層以及涂布該陶瓷涂層的陶瓷 基板之間的鍵結(jié)強(qiáng)度。本發(fā)明的實(shí)施例也減少了經(jīng)處理的陶瓷物品上的陶瓷涂層的表面缺 陷、降低孔隙度并減少裂縫量。實(shí)施例也降低了經(jīng)處理的陶瓷涂層的表面粗糙度，并且使陶 瓷涂層上的表面粒子減到最少。當(dāng)使用于應(yīng)用等離子體的半導(dǎo)體工藝(例如等離子體蝕刻 與等離子體清潔工藝)時(shí)，這類(lèi)經(jīng)熱處理的陶瓷涂層具有減少的高能量鍵結(jié)(斷鍵)數(shù)，并產(chǎn) 生明顯較低的粒子污染量。此外，經(jīng)熱處理的陶瓷涂層的降低孔隙度與減少裂縫可減少滲 入陶瓷涂層而與下方基板反應(yīng)的處理氣體量。另外，在陶瓷涂層與陶瓷基板間的過(guò)渡層(在 本文中也稱(chēng)為界面性過(guò)渡層）的形成可抑制滲入涂層的工藝化學(xué)物與下方基板反應(yīng)。這可 使分層剝落的發(fā)生降至最低。過(guò)渡層可提高陶瓷涂層的黏結(jié)強(qiáng)度，且可使剝離降至最低。舉 例而言，用于蝕刻器機(jī)器的經(jīng)陶瓷涂布的蓋板與噴嘴可經(jīng)熱處理，以使在等離子體蝕刻工 藝期間所產(chǎn)生的粒子污染及/或剝離降至最低。因此，利用本文所述的經(jīng)熱處理的陶瓷物品 而制造的半導(dǎo)體會(huì)具有較低的缺陷計(jì)數(shù)，且可導(dǎo)致降低的廢棄率。
[0019] 在本文中所使用的用語(yǔ)"熱處理"是表示對(duì)陶瓷物品施加升高溫度，例如通過(guò)加熱 爐。當(dāng)于本文中使用用語(yǔ)"約"時(shí)，是用以表示所提出的標(biāo)稱(chēng)數(shù)值在±10%內(nèi)都是精確的。
[0020] 在本文中，有些實(shí)施例使用加熱爐來(lái)進(jìn)行熱處理，然而，應(yīng)了解也可使用其他的熱 處理技術(shù)來(lái)進(jìn)行所述熱處理。可使用的其他熱處理技術(shù)的部分實(shí)例包括激光表面處理（也 稱(chēng)為激光熱處理）、電子束（e-beam)表面處理(也稱(chēng)為電子束熱處理）、火焰表面處理(也稱(chēng) 為火焰熱處理）以及高溫等離子體處理。
[0021] 同時(shí)注意本文所述的有些實(shí)施例是關(guān)于半導(dǎo)體制造的等離子體蝕刻器中所使用 的經(jīng)陶瓷涂布的蓋板與經(jīng)陶瓷涂布的噴嘴。然而，應(yīng)理解到這類(lèi)等離子體蝕刻器也可用以 制造微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的元件。此外，本文所述的經(jīng)熱處理的陶瓷物品可為暴露于等離子 體的其他結(jié)構(gòu)。舉例而言，該陶瓷物品可為等離子體蝕刻器、等離子體清潔器、等離子體驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)等的經(jīng)陶瓷涂布的環(huán)件、壁部、基部、氣體分配板材、噴淋頭、基板固持框架等。
[0022] 此外，本文所述的實(shí)施例是關(guān)于在使用于富含等離子體工藝的處理腔室中時(shí)能夠 產(chǎn)生降低的粒子污染的陶瓷物品。然而，應(yīng)理解本文所述的陶瓷物品在使用于其他工藝的 處理腔室(例如非等離子體蝕刻器、非等離子體清潔器、化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室、物理氣相 沉積(PVD)腔室、等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)腔室、等離子體增強(qiáng)的物理氣相沉 積(PEPVD)腔室、等離子體增強(qiáng)的原子層沉積(PEALD)腔室等）中時(shí)也可提供降低的粒子污 染。
[0023] 圖1A說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的制造系統(tǒng)的例示架構(gòu)。該制造系統(tǒng)100 可以是陶瓷制造系統(tǒng)。在一實(shí)施例中，該制造系統(tǒng)100包括加熱爐105(例如，如旋轉(zhuǎn)窯 (kiln)的陶瓷加熱爐）、設(shè)備自動(dòng)化層115與計(jì)算裝置120。在替代實(shí)施例中，該制造系統(tǒng)100 可包括更多或更少的組件。舉例而言，該制造系統(tǒng)100僅包含加熱爐105,加熱爐105是手動(dòng) 的離線(xiàn)機(jī)器。
[0024] 加熱爐105為一種經(jīng)設(shè)計(jì)以加熱例如陶瓷物品的機(jī)器。加熱爐105包括熱絕緣腔室 或爐體，能對(duì)插置于熱絕