使用等離子體火焰熱處理的等離子體噴涂增強(qiáng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)的實(shí)施例總體涉及陶瓷涂覆的制品，并且涉及用于將陶瓷涂層等離子體噴 涂到腔室部件上的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體工業(yè)中，通過(guò)生產(chǎn)愈加減小的尺寸的結(jié)構(gòu)的許多制造工藝來(lái)制造器件。 諸如等離子體蝕刻和等離子體清潔工藝之類(lèi)的一些制造工藝使基板暴露于等離子體的高 速流以蝕刻或清潔基板。等離子體可能是高度腐蝕性的，并且可腐蝕暴露至所述等離子體 的處理腔室和其他表面。此腐蝕可能產(chǎn)生顆粒，所述顆粒頻繁地污染正在被處理的基板，從 而導(dǎo)致器件缺陷。
[0003] 隨著器件的幾何形狀縮小，對(duì)缺陷的敏感度增加，并且顆粒污染要求變得更加嚴(yán) 格。因此，隨著器件的幾何形狀縮小，可允許的顆粒污染的等級(jí)可能減小。為了使由等離 子體蝕刻和/或等離子體清潔工藝引入的顆粒污染最小化，已開(kāi)發(fā)了抗等離子體的腔室材 料。不同的材料提供不同的材料特性，諸如，抗等離子體性、堅(jiān)硬度、彎曲強(qiáng)度、抗熱沖擊性， 等等。此外，不同的材料具有不同的材料成本。因此，一些材料具有優(yōu)良的抗等離子體性， 其他材料具有較低的成本，而另一些材料具有優(yōu)良的彎曲強(qiáng)度和/或抗熱沖擊性。
【附圖說(shuō)明】
[0004] 在所附附圖的各圖中以示例方式而非限制方式說(shuō)明本發(fā)明，在所附附圖中，類(lèi)似 的元件符號(hào)指示類(lèi)似的元件。應(yīng)注意的是，在本公開(kāi)中對(duì)"一"或"一個(gè)"實(shí)施例的不同的 引用不一定是指相同的實(shí)施例，并且此類(lèi)引用意味著至少一個(gè)實(shí)施例。
[0005] 圖1描繪處理腔室的一個(gè)實(shí)施例的剖面視圖。
[0006] 圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造系統(tǒng)的示例性架構(gòu)。
[0007] 圖3-4描繪等離子體噴涂沉積系統(tǒng)的示意圖。
[0008] 圖5圖示用于在腔室部件上形成等離子體噴涂的陶瓷涂層的工藝的一個(gè)實(shí)施例。
[0009] 圖6圖示由等離子體噴涂的保護(hù)層覆蓋的制品的剖面?zhèn)纫晥D，所述等離子體噴涂 的保護(hù)層具有通過(guò)等離子體火焰熱處理工藝而形成的殼層。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 本公開(kāi)的實(shí)施例涉及一種用于以陶瓷涂層來(lái)涂覆制品的工藝，并且涉及對(duì)陶瓷涂 層執(zhí)行等離子體火焰熱處理。本文中所公開(kāi)的工藝以相比常規(guī)的抗等離子體的涂層減少的 處理時(shí)間和更低的成本，為腔室部件提供改進(jìn)的抗等離子體的性能。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，制品相對(duì)于等離子體噴涂系統(tǒng)而定位。在等離子體噴涂工藝中， 以粉末饋送速率將陶瓷粉末饋送至等離子體噴涂系統(tǒng)中，并且等離子體噴涂系統(tǒng)在制品的 至少一個(gè)表面上沉積抗等離子體的陶瓷涂層。隨后，等離子體噴涂系統(tǒng)執(zhí)行對(duì)抗等離子體 的陶瓷涂層的原位（in-Situ)等離子體火焰熱處理，從而在所述抗等離子體的陶瓷涂層上 形成殼層（crust)。在一些實(shí)例中，等離子體火焰熱處理比激光熔融、火花等離子體燒結(jié)和 爐熱處理更優(yōu)越。這些其他的熱處理中的每一種由除等離子體噴涂系統(tǒng)之外的、用于沉積 抗等離子體的陶瓷涂層的設(shè)備執(zhí)行。相應(yīng)地，對(duì)于這些其他的熱處理工藝，增加了前置時(shí)間 (lead time)。此外，將制品傳輸至用于其他熱處理工藝的設(shè)備增加了污染的風(fēng)險(xiǎn)。此外， 激光熔融可能在陶瓷涂層中形成豎直的和水平的裂痕?；鸹ǖ入x子體燒結(jié)限于小樣本尺寸 的應(yīng)用。爐熱處理不適用于許多類(lèi)型的基板，諸如，一些金屬基板、靜電夾盤(pán)，等等。
[0012] 通過(guò)使用等離子體火焰熱處理來(lái)熱處理等離子體噴涂的陶瓷涂層，使涂層的表面 回流以在具有減小的孔隙度和裂痕的表面處形成殼層。制品的經(jīng)熱處理的陶瓷涂層可以是 尚度地抗等尚子體蝕刻的，并且制品可具有優(yōu)良的機(jī)械特性，諸如，尚彎曲強(qiáng)度和尚硬度。 經(jīng)涂覆的陶瓷制品的性能特性可包括高耐熱性、長(zhǎng)的使用期限以及低的晶片上顆粒及金屬 污染。
[0013] 當(dāng)在本文中使用術(shù)語(yǔ)"約"和"大約"時(shí)，這些術(shù)語(yǔ)旨在意味著所呈現(xiàn)的標(biāo)稱值在 ±30%內(nèi)是精確的。本文中所述的制品可以是暴露于等離子體的結(jié)構(gòu)，諸如，用于等離子體 蝕刻器（也稱為等離子體蝕刻反應(yīng)器）的腔室部件。例如，制品可以是等離子體蝕刻器、等 離子體清潔器、等離子體推進(jìn)系統(tǒng)等的壁、基座、氣體分配板、噴淋頭、基板支持框、靜電夾 盤(pán)、環(huán)、蓋、噴嘴、面板、等離子體蝕刻器的選擇性調(diào)制裝置（SMD)等等。
[0014] 此外，本文中參照當(dāng)在用于富等離子體的工藝的工藝腔室中使用時(shí)可導(dǎo)致減少的 顆粒污染的陶瓷涂覆的腔室部件和其他制品來(lái)描述多個(gè)實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本文中所 討論的陶瓷涂覆的制品當(dāng)在用于其他工藝的工藝腔室中使用時(shí)也可提供減少的顆粒污染， 所述用于其他工藝的工藝腔室諸如，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，等等。此外，參照特定的抗等離子體的陶瓷來(lái)描述一 些實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)施例也同等地適用于除本文中所討論的那些抗等離子體的陶 瓷之外的其他抗等離子體的陶瓷。
[0015] 圖1是處理腔室100 (例如，半導(dǎo)體處理腔室）的剖面視圖，所述處理腔室100具 有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、以陶瓷涂層涂覆的一個(gè)或更多個(gè)腔室部件。在實(shí)施例中所描述 的陶瓷涂層是經(jīng)等離子體噴涂的涂層，已使用由等離子體噴涂系統(tǒng)的火炬進(jìn)行的等離子體 火焰熱處理對(duì)所述經(jīng)等離子體噴涂的涂層進(jìn)行了熱處理。處理腔室100可用于提供了腐蝕 性等離子體環(huán)境的工藝。例如，處理腔室100可以是用于等離子體蝕刻反應(yīng)器（也稱為等 離子體蝕刻器）、等離子體清潔器等的腔室?？砂沟入x子體的陶瓷涂層的腔室部件的 示例包括基板支撐組件148、靜電夾盤(pán)（ESC) 150、環(huán)（例如，工藝套環(huán)或單環(huán)）、腔室壁、基 座、氣體分配板、噴淋頭、襯墊、襯墊套件、護(hù)罩、等離子體屏、流量均衡器、冷卻基座、腔室觀 察口、腔室蓋、噴嘴、工藝套件環(huán)、面板、SMD，等等。
[0016] 以下更詳細(xì)地描述的抗等離子體的陶瓷涂層是通過(guò)大氣壓力等離子體噴涂 (APPS)工藝來(lái)沉積的稀土氧化物涂層。根據(jù)實(shí)施例，抗等離子體的陶瓷涂層可具有已由 等離子體火焰熱處理工藝形成的殼層?？沟入x子體的涂層可包括Y2〇3以及Y2〇 3基陶瓷、 Y3A15012 (YAG)、Α1203 (氧化鋁）、Y4A1209 (YAM)、SiC (碳化硅）、Si3N4 (氮化硅）、SiN (氮化硅）、 AIN (氮化鋁）、Ti02 (二氧化鈦）、Zr02 (氧化鋯）、TiC (碳化鈦）、ZrC (碳化鋯）、TiN (氮化 鈦）、Y2〇3穩(wěn)定的 Zr02(YSZ)、Er203以及Er20 3基陶瓷、Gd203以及Gd203基陶瓷、Er 3Al5012(EAG)、 Gd3Al5012 (GAG)、Nd203以及Nd 203基陶瓷和/或包含Y，1209與Y 203-Zr02的固溶體的陶瓷化 合物。
[0017] 抗等離子體的涂層也可基于由上述陶瓷中的任一者形成的固溶體。參照包含 Y4A1209與Y 203-2抑2的固溶體的陶瓷化合物，在一個(gè)實(shí)施例中，陶瓷化合物包括62. 93摩 爾比（mol%)的￥203、23.23111〇1%的 Zr02 以及 13.94mol%的 A1 203。在另一實(shí)施例中，陶 瓷化合物可包括在50-75mol%的范圍中的Y203、在10-30mol%的范圍中的Zr0 2以及在 10-30mol %的范圍中的A1203。在另一實(shí)施例中，陶瓷化合物可包括在40-100mol %的范圍 中的Y203、在0-60mol %的范圍中的Zr02以及在0-10mol %的范圍中的A1 203。在另一實(shí)施 例中，陶瓷化合物可包括在40-60mo 1 %的范圍中的Y203、在30-50mo 1 %的范圍中的Zr02以 及在10-20mol %的范圍中的A1203。在另一實(shí)施例中，陶瓷化合物可包括在40-50mol %的范 圍中的Y203、在20-40mol%的范圍中的Zr02以及在20-40mol%的范圍中的A1 203。在另一 實(shí)施例中，陶瓷化合物可包括在70-90mol %的范圍中的Y203、在0-20mol %的范圍中的Zr02以及在10-20mol %的范圍中的A1203。在另一實(shí)施例中，陶瓷化合物可包括在60-80mol %的 范圍中的Y2〇3、在〇-1 〇mo 1 %的范圍中的Zr02以及在20-40mo 1 %的范圍中的A1 203。在另一 實(shí)施例中，陶瓷化合物可包括在40-60mol %的范圍中的Y203、在0-20mol