專(zhuān)利名稱(chēng)：延長(zhǎng)作為等離子室材料的氧化釔的壽命的制作方法
延長(zhǎng)作為等離子室材料的氧化釔的壽命
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體材沖+處理領(lǐng)域，存在各種不同的用于半導(dǎo)體處
理應(yīng)用的設(shè)備，這些應(yīng)用包括等離子體的4吏用，如等離子蝕刻、等 離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和抗蝕劑剝除。這些工藝所需要的設(shè)備包括 用于等離子室內(nèi)并且需在那個(gè)環(huán)境中運(yùn)行的部件。等離子室內(nèi)的環(huán) 境可能包括暴露于等離子、暴露于蝕刻劑氣體以及熱循環(huán)。由于在 這樣的處理室中工藝氣體和等離子的腐蝕特性，以及最小化室中處 理的基片的顆粒和/或金屬污染的要求，所以需要這種設(shè)備的等離子 暴露部件能夠耐受這種氣體和等離子的侵蝕和腐蝕。在一些工藝室 環(huán)境中，例如，含鹵素高密度等離子蝕刻室環(huán)境，環(huán)境是高度腐蝕 性的，導(dǎo)致多個(gè)不同室部件受到4曼蝕，包4舌室壁、襯墊、工藝工具 套件和介電窗。而對(duì)于高密度含氟等離子蝕刻環(huán)境特別是這樣，該 環(huán)境常常連同介電蝕刻工藝一起4吏用。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種制造等離子處理室三層部件的方法。該方法包 括共同燒結(jié)雙層生坯，其中一層包括氧化鋁顆粒，第二層包括氧化 4乙顆粒。這兩層在燒結(jié)工藝期間密切4姿觸。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中， 該三層部件包括外部氧化4乙層、中間YAG層和第二外部氧化鋁層。 優(yōu)選地，該兩層在燒結(jié)工藝期間壓在一起。所產(chǎn)生的三層部件孔隙度非常低。優(yōu)選地，該外部氧化 釔層、該YAG中間層和該第二外部氧化鋁層任一個(gè)的孔隙度小于3%。在實(shí)施例中，該部件是介電窗、室壁、室村墊、基片支撐件、 隔板、氣體分配板、等離子限制環(huán)、噴嘴、緊固件、加熱元件、等 離子聚焦環(huán)或卡盤(pán)。還才是供一種密封等離子處理室的氧化4乙等離子噴鍍涂覆 部件的方法。該方法包括通過(guò)將該密封劑刷涂在該部件所有氧化釔 表面上，施加室溫粘度小于50cP的液體厭氧密封劑至該部件，濕法 清潔該部件，在N2環(huán)境中至少150。C下固化該濕法清潔的部件超過(guò)2 小時(shí)；以及通過(guò)重復(fù)施加第一涂層所使用的步驟將第二密封劑涂層 施加于該固化的基片。


圖1示出Versys 230()tm的示意圖，其是一個(gè)示范性的等離 子反應(yīng)器，包括具有熱噴鍍涂層(如氧化釔涂層)的部件。圖2a示出燒結(jié)之前氧化鋁和氧化確乙組成的復(fù)合物，以及 圖2b示出燒結(jié)之后的該復(fù)合物。圖3示出共同燒結(jié)的TCP窗的示意性構(gòu)造。圖4示出電氣測(cè)試設(shè)備的示意性構(gòu)造，其包括將氧化釔表 面暴露于稀HC1溶液。圖5示出多個(gè)涂覆氧化釔的鋁樣片的測(cè)得電阻與暴露面 積的乘積與HC1蝕刻時(shí)間的函#:的圖表。
具體實(shí)施例方式用于半導(dǎo)體基片(如硅晶片)的等離子處理設(shè)備包括等
離子蝕刻室，其用于半導(dǎo)體器件制造工藝中以蝕刻如半導(dǎo)體、金屬和電介質(zhì)這樣的材并牛。例如，導(dǎo)體蝕刻室可用來(lái)蝕刻如鋁或石圭材泮+。 導(dǎo)體蝕刻工藝中所使用的代表性氣體包括CF4和SF6，這些氣體對(duì)等
離子室部件具有腐蝕作用。由于等離子蝕刻設(shè)備上氧化釔(Y203 )
的高級(jí)屬性和出色性能，所以氧化釔廣泛地用作半導(dǎo)體蝕刻設(shè)備的
表面涂層。具有氧化4乙涂層的等離子室部件表現(xiàn)出經(jīng)過(guò)證明的在C1 基和F基高密度等離子下提高的等離子抗性。對(duì)于金屬蝕刻應(yīng)用， 據(jù)報(bào)道涂覆氧化釔的表面在等離子環(huán)境中表現(xiàn)出的耐久性是單獨(dú) 的高純度陶瓷氧化鋁的十倍。在聚乙烯蝕刻應(yīng)用中，氧化釔可用作 非消耗室材料。使用氧化釔還避免形成A1F3，其對(duì)于導(dǎo)電蝕刻應(yīng)用 是潛在的顆粒源。用作室材并+的氧化釔可作為等離子噴4度涂層應(yīng)用于陽(yáng)極 氧化的鋁或者高純度氧化鋁部件，如室坤于墊和介電窗。 一個(gè)示范性 的包括具有如氧化釔涂層的熱噴鍍涂層的部件的等離子反應(yīng)器為 Versys 2300頂燭刻器，其可從Lam Research Corporation ( Fremont, CA)獲得，并且在圖l中示意性示出。該反應(yīng)器包括反應(yīng)器室IOO， 其包括基片支撐件101,該支撐件包括靜電卡盤(pán)102，該卡盤(pán)向基片 (如半導(dǎo)體晶片)(未示)提供夾緊力。該基片支撐件101通常由陽(yáng) 極氧化的鋁組成，還可用來(lái)施加RF偏置至該基片。該基片還可使用 熱傳遞氣體(如氦氣)進(jìn)4亍背部冷卻。處理氣體通過(guò)位于該室IOO 頂部并且與氣體輸入105連接的氣體噴射器104引入該室100。該氣 體噴射器104通常由石英或陶瓷材沖+ (如氧化鋁)組成。如所示， 感應(yīng)線圈106可由合適的RF源(未示)供電以^是供高密度等離子。 該感應(yīng)線圈106通過(guò)介電窗107將RF能量耦合進(jìn)室100內(nèi)部。該窗107 通常由介電材并牛(如石英或氧化鋁)組成。該窗107示為安裝在環(huán) 形構(gòu)件108，其通常由陽(yáng)才及氧化的鋁組成。該環(huán)形構(gòu)件108將窗107 與該室100頂部隔開(kāi)。通常由陽(yáng)極氧化的鋁組成的隔板屏(baffle screen) 109圍繞該基片支撐件101。該室100還可包括合適的真空泵 裝置(未示)，用以將該室內(nèi)部保持在所需壓力。
圖1中，所選取的反應(yīng)器部件(如該環(huán)形構(gòu)件108、介電 窗107、基片支撐件101、室襯墊109、氣體噴射器104和該靜電卡盤(pán) 102)的內(nèi)部表面示為涂^隻有熱噴涂涂層，如氧化4乙涂層110。如圖 l所示，所選取的該室100的內(nèi)表面和該室襯墊109下方的基片支撐 件101的內(nèi)部表面也才是供有熱噴鍍涂層(如氧化4乙涂層110)。 4壬何 或者所有這些表面，以及任何別的反應(yīng)器內(nèi)部表面可提供有熱噴鍍 涂層，i"象氧化4。涂層。然而，盡管熱噴鍍的氧化釔涂層具有低孔隙度，通常大 約5%，并且可保護(hù)該部件的下層材料不受等離子影響，但是該涂層 缺少足夠的完整性以阻止某些反應(yīng)物的穿透。這是因?yàn)樗袩釃婂?涂層的共同特征是它們的透鏡狀及層狀細(xì)粒結(jié)構(gòu)，這是由小液滴快 速固化、高速撞擊冷表面而扁平化所導(dǎo)致的。盡管這樣產(chǎn)生基本上 牢固的覆蓋，其中發(fā)生機(jī)械連結(jié)和擴(kuò)散粘合，但是還會(huì)在該氧化釔 涂層中產(chǎn)生小的空隙、細(xì)孔、樣t結(jié)構(gòu)以及不完全粘合區(qū)域。差的氧 化釔涂層，例如，會(huì)具有15%的開(kāi)口容積。這意味著其有可能允許 化學(xué)制劑穿透到該陽(yáng)極氧化的鋁基片。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)等離子室中，等離子噴鍍涂覆的氧化釔在使用 后從陽(yáng)極氧化的和陶瓷的表面脫落。這些失效降低氧化釔作為高級(jí) 室材料的壽命并且造成成本增加。不希望受到理論限制，調(diào)查導(dǎo)致 氧化釔涂層失效的四種可能的根源。應(yīng)當(dāng)理解這些模型僅僅是為了 說(shuō)明目的以及也會(huì)存在別的模型1.對(duì)于那些用于鋁蝕刻室的部件，或具有陽(yáng)極氧化的層 的部件，在使用過(guò)的蝕刻部件上可以發(fā)現(xiàn)的副產(chǎn)物會(huì)與空氣中的水 分子反應(yīng)形成酸。例如，A1C13， 一種金屬蝕刻副產(chǎn)物，可與H20反 應(yīng)形成氬氯酸，HC1。可能的反應(yīng)如下
2A1C13+3H20=2A1 ( OH ) 3+6HCl ( 1 )因?yàn)檠趸惪删哂写蠹s5%體積的孔隙度，所以所形成的HC1 會(huì)通過(guò)這些細(xì)孔穿透該氧化釔層，以在陽(yáng)極氧化的基片或陶乾基片 的例子中分別到達(dá)該氧化釔/卩日極氧化層分界面。HC1將在該分界面 攻擊氧化釔，導(dǎo)致粘合強(qiáng)度降低。在陽(yáng)極氧化的鋁基片的例子中，HC1還通過(guò)該陽(yáng)極氧化的 層中的裂縫到達(dá)鋁，導(dǎo)致產(chǎn)生氫氣(H2)的化學(xué)反應(yīng)，這是潛在的 該氧化釔涂層剝離的原因?？赡艿姆磻?yīng)如下
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另外，所產(chǎn)生的氯化鋁會(huì)再次與水分子反應(yīng)形成額外的氫氯 酸，而再次開(kāi)始這個(gè)過(guò)程。當(dāng)在該陽(yáng)才及氧化的鋁層下方產(chǎn)生足夠的 氫氣，就形成氣體空腔。當(dāng)建立起足夠的壓力，會(huì)對(duì)其上方的層造 成才及大的損害。就是il，形成氣泡，其最終導(dǎo)致該陽(yáng)一及氧化的鋁和 氧化釔層剝落或脫落。防止在氧化釔表面上形成HC1的步驟已經(jīng)在 共有美國(guó)申請(qǐng)(主體為"Extending Storage Time Of Removed Plasma Chamber Components Prior To Cleaning Thereof) No. 11/239,396中描 述，遞交于9/30/05,此處完整引入作為參考。2.在涂覆氧化釔部分的精確濕法清潔之后，如果該氧化 釔涂層沒(méi)有完全烘烤，會(huì)導(dǎo)致不完全的水分子去除。在這種情況中， 在隨后的金屬蝕刻工藝期間，Cl2會(huì)與殘余的水分子反應(yīng)形成HC1 。 這個(gè)反應(yīng)在該涂層下方產(chǎn)生熱量和HCl,并且會(huì)產(chǎn)生許多細(xì)小的氣 泡，以及該氧4匕4乙涂層表面的剝離。3.等離子噴鍍涂覆導(dǎo)致與目標(biāo)表面的物理粘合。噴砂、工 藝用來(lái)粗糙化目標(biāo)陽(yáng)極氧化的或陶瓷表面，其增強(qiáng)該氧化釔涂層和 該基片之間的粘合強(qiáng)度。該噴砂工藝中由于不均勻的質(zhì)量控制導(dǎo)致 的變化，以及該目標(biāo)基片在等離子噴鍍涂覆之前的表面清潔也會(huì)影響粘合強(qiáng)度。所以，部件制造的質(zhì)量控制會(huì)影響氧化釔等離子噴鍍 涂層的壽命。4.在濕法清潔期間，使用高超聲波功率密度和高壓水沖 洗會(huì)提高脫落。濕法清潔之后，干燥部件表面的技術(shù)，如高壓空氣 流或大量的酸擦4式也可能導(dǎo)致該氧化4乙涂層脫落。不考慮其機(jī)理，在存在蝕刻副產(chǎn)物的情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 了表面層的脫落?？紤]到上面描述的與在等離子處理室中使用涂覆 氧化釔部件有關(guān)的缺點(diǎn)，進(jìn)行進(jìn)一步的研究以開(kāi)發(fā)出包括不同的、 更適合材料的部件。作為這些研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)可使用包括可選制 造技術(shù)的部件而沒(méi)有上面提到的缺點(diǎn)。按照優(yōu)選實(shí)施例，包括共同 燒結(jié)的氧化鋁和氧化4乙的部件提供良好的、抑制該氧化4乙保護(hù)層脫 落的保護(hù)。就其本身來(lái)說(shuō)，氧化釔具有較低機(jī)械強(qiáng)度。例如，氧化 ^乙的彎曲強(qiáng)度為140MPa,斷裂韌度為1.2MPam"2,這兩個(gè)值都認(rèn)為 是不足以制造介電窗。盡管某些燒結(jié)的高純度氧化4乙已經(jīng)作為實(shí)心 材料制造進(jìn)室部件，如邊纟彖環(huán)、聚焦環(huán)和襯墊，^f旦是這樣的部件并 不如所需的那樣結(jié)實(shí)而且很昂貴。有利地是，高純度氧化釔薄層可 提供由上面描述的由氧化釔提供的優(yōu)點(diǎn)。氧化釔層可應(yīng)用于高純度 氧化鋁窗，其相比氧化釔具有更佳的才幾械屬性。例如，氧化鋁的彎 曲強(qiáng)度為350MPa，斷裂韌度為4.5MPam"2，名義因數(shù)為對(duì)應(yīng)的氧化 釔的值的2.5和3.75倍。按照優(yōu)選實(shí)施例，使用高純度(99.7%)氧 化鋁作為用于RF耦合的介電窗的基材滿足了對(duì)于該介電窗具有足 夠機(jī)械屬性的要求。下面的詳細(xì)示例描述共同燒結(jié)的工藝，應(yīng)用于介電窗部 件(如107)的制造。它是說(shuō)明性而非排斥性示例1: 4安照一個(gè)伊二選實(shí)施例制造陶覺(jué)窗包4舌下面步艱《氧化鋁粉末與聚合物粘結(jié)劑4幾加工混合在一起形成生 坯。氧化釔粉末與粘結(jié)劑類(lèi)似地混合以形成第二生坯。每個(gè)坯都形 成為具有平滑表面的圓盤(pán)形，并且直徑至少是所需要的最終直徑。 然后將這些圓盤(pán)形成大約33mm厚的高純度氧化鋁和大約5mm厚的 高純度氧化4乙雙層結(jié)構(gòu)。將該雙層結(jié)構(gòu)壓在一起，作為為生坯才幾加 工做準(zhǔn)備的形成步驟的一部分。可以沿該圓盤(pán)的中軸線均4軒地或者 單向地壓該結(jié)構(gòu)。在這個(gè)示例中，該陶瓷窗的總厚度為大約1.5英寸， 是所需要的介電窗的目標(biāo)厚度。然后，使用干燥工藝(如加熱板)在大約100-200。C干燥 該雙層結(jié)構(gòu)，仍然是生坯。在這個(gè)位置，去除壓力，可將該生坯機(jī) 加工為所需要的形狀。然后，在大氣環(huán)境中，將該生坯在窯中煅燒。 或者，煅燒氣體(如H2或N2)可用來(lái)取代空氣。因?yàn)樘沾刹牧舷鄬?duì) 較低的耐熱沖擊性，所以使用較緩的溫度坡度。可使用至少大約l 整天(24小時(shí))的溫度上升時(shí)間以達(dá)到大約1600。C的燒結(jié)溫度。該 燒結(jié)溫度保持至少大約5天(120小時(shí))，然后開(kāi)始進(jìn)行緩慢的溫度 下降。該溫度下降時(shí)間伊乙選i也與該溫度上升時(shí)間相匹配，至少大約 l天(24小時(shí))?？蛇xi也，該均tf或單向壓力還可在》克結(jié)工藝期間施加以 促進(jìn)更恒定的處理結(jié)果。在這種情況下，燒結(jié)工藝有時(shí)也稱(chēng)為"HIP" 工藝，熱均tt壓力的縮寫(xiě)。煅燒之后，可將該生坯研磨和/或拋光，以達(dá)到所需的表 面光潔度。另外，執(zhí)行檢查，進(jìn)行裂縫、表面磨損或表面粗糙度的 斗企查。在4全查之后，將該生坯;改進(jìn)等級(jí)100的清潔室中，其中清潔 掉金屬污染物。清潔過(guò)程可以概括為下面的次序1. 去離子(DI)水沖洗5分鐘
2. 利用清潔室擦拭來(lái)擦拭部件
3. 利用過(guò)濾后的清潔干燥空氣(CDA)吹干部件
4. 利用異丙醇寺察冬戈20-30分鐘
5. 將部件在丙酮中浸泡10分鐘，接著利用去離子水擦拭和沖洗
6. 利用過(guò)濾后的CDA吹干部件
7. 在室溫下將部件放在氨(29%)、過(guò)氧化氫(30%)和水按體 積比(1:1:2至1:1:5 )組成的溶液中30分鐘。
8. 去離子沖洗5分鐘
9. 將部件》丈在硝酸、HF、水4安體積比(1:1:10)的溶液中
10. 擦拭表面2分鐘
11. 去離子水沖洗5-10分鐘
12. 在室溫下去離子超聲波持續(xù)1小時(shí) 13/f吏用過(guò)濾后的CDA吹干 14.在烤箱中在120。C烘烤2小時(shí)
在烤箱烘烤之后， -使用4全查工具來(lái)4企查該生坯的表面顆粒，偵: 用^口來(lái)自Pentagon Technologies, Hayward的QIII十surface Particle Detector, CA。顆粒檢查使用的門(mén)限設(shè)定值為3微米，最終的讀數(shù)優(yōu)選i也為零，或者三個(gè)顆4立或更少。那么該生坯就可用作室部件，并 且仍在該等級(jí)10 0清潔室中封裝。在該燒結(jié)工藝期間，該雙層結(jié)構(gòu)將形成三層結(jié)構(gòu)，包括 氧化釔和氧化4呂的固溶體(solid solution )。這個(gè)固溶體優(yōu)選地是釔 鋁石榴石(YAG)形態(tài)，化學(xué)式為丫3八15012， 一種石榴石族晶體化 合物。YAG形成為中間層將產(chǎn)生由高純度氧化鋁、YAG(鋁和氧化 釔固溶體)和高純度氧化釔層組成的三層結(jié)構(gòu)。在一個(gè)示范性實(shí)施 例中，開(kāi)始厚度為5mm的氧化釔和開(kāi)始厚度為33mm的氧化鋁產(chǎn)生 最終厚度大約3mm的氧化釔層、最終厚度大約4mm的YAG層和最終 厚度大約31mm的氧化鋁層。也就是，在煅燒期間，消耗大約2mm 的氧"fb確乙和氧化鋁來(lái)形成大約4mm厚的YAG層。該燒結(jié)工藝的層厚度結(jié)果一個(gè)示范性的表現(xiàn)形式可參見(jiàn) 圖2a和2b。圖2a示出該雙層氧化《乙氧化鋁結(jié)構(gòu)，包括氧化4乙層21(其 中t,是5mm)和氧化鋁層22 (其中t2是33mm)。燒結(jié)后形成的三層結(jié) 構(gòu)如圖2b所示，包括氧化4乙層23和氧化鋁層25。還能看到形成了 YAG中間層24。在這個(gè)示例中，t3是大約3mm， ti是大約4mm和t5是 大約31mm。該最終結(jié)構(gòu)優(yōu)選地基本上不含孔，不管是否使用HIP步 驟。因?yàn)樵撾p層結(jié)構(gòu)形成為生坯，該燒結(jié)工藝對(duì)于所有層都產(chǎn)生基 本上不含孔的層，即，該氧化鋁、該YAG和該氧化釔。任何層的孔 隙度優(yōu)選地遠(yuǎn)小于熱噴鍍氧化釔涂層的孔隙度(其可以為大約5% 或更多)。優(yōu)選地，每個(gè)層的孔隙度小于大約3%,更優(yōu)選地小于大 約1%。由于高純度氧化鋁和氧化釔具有類(lèi)似的熱膨脹系數(shù)以及 類(lèi)似的收縮速率，所以該燒結(jié)工藝將不會(huì)向該結(jié)構(gòu)？ 1入會(huì)導(dǎo)致彎曲 或其他不希望有的制造缺陷的應(yīng)力。相比熱噴鍍氧化釔涂層，該共同燒結(jié)的窗可最小化等離子蝕刻制造工藝過(guò)程中的污染顆粒，并且 提供良好的機(jī)械屬性，具有較低的孔隙度以及具有提高的耐脫落 性。該部件在等離子環(huán)境中的壽命可超過(guò)熱噴鍍氧化釔涂覆的陶瓷度。該部件可以是例如，介電窗，室壁，室襯墊，基片支撐 件，氣體分配板，等離子限制環(huán)，噴嘴，等離子聚焦環(huán)，熱邊緣環(huán) 或耦合環(huán)，每個(gè)可用在等離子處理設(shè)備中。按照優(yōu)選實(shí)施例制造的 介電窗的一個(gè)示例在圖3中示意性示出。該介電窗包4舌外部fU匕確乙 層31、中間YAG層32和氧化鋁層33。以與圖1的窗107相同的方向示 出該窗，即就1象它在蝕刻室中通?！嚼粲玫?，氧4匕4乙表面31面向下， 朝向該室內(nèi)部。還能看到氣體噴射器34。按照另一實(shí)施例，包括用來(lái)密封等離子噴鍍或熱噴鍍氧 化釔涂層孔隙度的密封劑的部件還提供優(yōu)良的、抑制該氧化釔保護(hù) 層脫落的保護(hù)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，將液體密封劑施加到氧化釔涂層 的表面用來(lái)消除通過(guò)該氧化釔的允許HC1傳輸?shù)穆窂?。那么就防?HCl(氯化鋁和水之間反應(yīng)所形成)通過(guò)這些細(xì)孔穿透該氧化4乙層，， 而在陽(yáng)極氧化的基片的情況中達(dá)到該氧化釔/陽(yáng)極氧化層分界面，或 在陶瓷基片的情況中到達(dá)該氧化釔/陶瓷分界面。在陽(yáng)極氧化的鋁基 片的情況中，防止HCl通過(guò)陽(yáng)極氧化層中的孩i裂縫到達(dá)鋁?！獋€(gè)示范性的密去J"劑是HL 126TM(Permabond， Somerset, NJ)。 HL 126TM密封劑是低粘度厭氧密封劑，包含四甘醇二甲基丙 烯酸酯、曱基丙烯酸2-羥基乙酯、糖精、異丙基苯過(guò)氧化氫和曱基 丙烯酸。它能夠穿過(guò)非常小的孔并且在真空下固化。未固化粘結(jié)劑的屬性包括具有25。C下20cP的粘度的液體，可比得上水的粘度。據(jù) 凈艮道該粘結(jié)劑能夠填充小到5密耳的間隙。該HL 126TM密封劑固化為交聯(lián)、熱固塑料，以及已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)其在CyBCl3蝕刻氣體化學(xué)制劑下具有高等離子抗性，甚至在具 有低流量鈍化氣體(如CF4和CHF3)的工藝制法中。該固化的密封 劑優(yōu)選地基本上密封這些細(xì)孔，而延長(zhǎng)金屬蝕刻應(yīng)用中等離子噴鍍 涂覆部件的壽命，包括氧化釔噴鍍涂覆部件?！獋€(gè)開(kāi)始于施加氧化釔的將密封劑施加到氧化釔涂層的 示范性步驟如下在該氧化釔涂層之前準(zhǔn)備該基片的形態(tài)和清潔 度，并且包括噴砂、工藝以4且化該目標(biāo)表面。該目標(biāo)表面可以是陽(yáng)^L 氧化的材料(像鋁)的陽(yáng)極氧化層，或陶瓷材料的陶瓷表面。然后， 利用等離子或熱噴鍍涂層涂覆該目標(biāo)表面。涂覆之后，清潔并且烘 烤該部件。然后，施加該液體密封劑以密封該氧化釔涂層內(nèi)的孔隙、 細(xì)孔、微結(jié)構(gòu)和不完全粘合區(qū)域。利用干凈的尼龍刷來(lái)刷涂該密封 劑，所有表面都用這個(gè)刷涂動(dòng)作弄濕。在施加密封劑之后，進(jìn)行最 后的精確濕法清潔。然后，通過(guò)加熱到所需要的溫度來(lái)準(zhǔn)備烤箱， 排出烤箱中的空氣并引入N2凈化。然后，在烤箱中，在15(TC持續(xù)2 小時(shí)來(lái)固化該基片。固化之后，以與該第一涂層同樣的方式，應(yīng)用第二密封 劑涂層，以及在與該第 一 固化循環(huán)相同的條件下執(zhí)行另 一 固化循 環(huán)。最后，最后片全查和最后封裝該部件。在第二固化循環(huán)之后，該 等離子噴鍍涂覆氧化釔優(yōu)選地耐受化學(xué)侵蝕，特別是HC1侵蝕。該 涂層/基片分界面處增強(qiáng)的對(duì)HC1侵蝕的免疫優(yōu)選地導(dǎo)致該氧化羊乙 層的脫落減少。使用兩個(gè)液體密封劑涂層所能夠見(jiàn)到的性能的提升 在下面的示例中得到i正明
示例2:
具有標(biāo)準(zhǔn)氧化4乙涂層和不同密封劑經(jīng)歷的氧化鋁窗在室 溫下浸沒(méi)在5wt。/。的HCl溶液中超過(guò)3小時(shí)。浸沒(méi)之后，通過(guò)^L覺(jué)檢 查該窗受到腐蝕的痕跡。第一個(gè)樣品，沒(méi)有密封劑的窗，在HC1溶 液浸沒(méi)之后4企查示出該氧化4乙涂層幾乎完全溶解。第二個(gè)樣品，具 有4要照類(lèi)似于上面所述類(lèi)型的步驟施加的單層密封劑的窗，顯示出 涂層的顏色變成乳白色，i兌明水的吸收，^f旦是沒(méi)有顯示出脫落跡象。 第三個(gè)樣品，其中按照上述步驟施加雙涂層密封劑，沒(méi)有顯示出局 部顏色變〗匕也沒(méi)有脫落或腐蝕。優(yōu)選的密封劑在該等離子系統(tǒng)一般使用過(guò)程中保持其作 為阻擋層的能力，消除通過(guò)該氧化釔、允許腐蝕性制劑傳輸?shù)膇 各徑。 在等離子處理中通常使用氧等離子以保持室清潔并提高室性能一 致性。暴露于氧等離子會(huì)從氧化釔表面去除密封劑。所以， 一種密 封表面的耐久性測(cè)量是在暴露于氧等離子之后的該密封劑的完整 性。 一種密封劑完整性屬性的測(cè)量是密封表面的電阻。就其本身來(lái) 說(shuō)，優(yōu)選的密封劑是電絕緣的。例如，HL-126的電阻率才艮道為 1017Ohm-m,類(lèi)似于熔化的石英。通過(guò)測(cè)量密封氧化釔表面的電阻， 可以確定該密封劑密封屬性的測(cè)量值。為了測(cè)試密封劑完整性，將氧化釔涂覆的鋁樣片暴露于 氧等離子環(huán)境持續(xù)多個(gè)不同時(shí)間，然后，它們4妾著進(jìn)4亍電阻測(cè)試， 其包括將該氧化釔表面暴露于稀HC1溶液。該電測(cè)試設(shè)備在圖4中示 意性示出。包括鋁基41和氧化釔等離子噴鍍涂層42的示范性樣片保 持為該氧化釔涂覆表面43面向上。容器壁44安裝在該上部氧化釔涂 覆表面43上，配置為稀HC1溶液45可容納在該容器壁44內(nèi)。 一個(gè)引 線46導(dǎo)電連接到該樣片的鋁基41 ，而另 一 引線47浸入導(dǎo)電溶液45。 使用歐姆表48測(cè)量這兩個(gè)？ 1線之間作為時(shí)間函數(shù)的電阻。
預(yù)期該氧化釔的電阻是暴露于溶液的氧化釔面積的函 數(shù)。類(lèi)似于導(dǎo)線，暴露于溶液的橫截面積越大，電阻越低。因此， 假定測(cè)得電阻是與電阻和電阻率相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方程式函數(shù)
R=pL/A， (3)
其中R是電阻，p是電阻率，L是長(zhǎng)度，A是面積。該電測(cè)量裝 置布置為測(cè)量電阻，期望其當(dāng)乘以該暴露面積時(shí)(RA)表示該材料 屬性的乘積，pL。在這個(gè)電測(cè)量裝置的例子中，該暴露面積是容器 壁44內(nèi)液體面積。因此，希望測(cè)得電阻和暴露面積的乘積與HC1蝕 刻時(shí)間函數(shù)的曲線表示電阻率和長(zhǎng)度比時(shí)間的曲線。該多個(gè)不同樣片每個(gè)的這種曲線在圖5中示出。該圖表示 出共八個(gè)樣片的測(cè)量值，其中一個(gè)曲線與一個(gè)樣片相關(guān)聯(lián)。這八個(gè) 測(cè)量值中，第二個(gè)51來(lái)自沒(méi)有密封劑的樣片，第六個(gè)52來(lái)自在該氧 化釔表面具有密封劑的樣片。圖5示出的圖例表明每個(gè)樣片在電測(cè) 試之前受到的暴露于氧等離子的程度。例如，RA比時(shí)間數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí) 心菱形53標(biāo)識(shí)的樣片在HC1中進(jìn)行電阻測(cè)試之前接受了 90分鐘的氧 等離子暴露。由實(shí)心三角形、矩形和圓形(基本上重疊)55標(biāo)識(shí)其 數(shù)據(jù)的樣片接受10-20d、時(shí)氧等離子暴露，以及由十字和X 54標(biāo)識(shí)的 樣片在HC1中進(jìn)行電阻測(cè)試之前接受40小時(shí)的氧等離子暴露。大體 上可以看出，在HC1中進(jìn)行電阻測(cè)試之前，暴露于氧等離子越長(zhǎng)， 產(chǎn)生的樣片RA越低。例如，暴露于等離子40小時(shí)的樣片將到達(dá)與暴 露90分鐘的樣片同樣的RA乘積所需的時(shí)間減少大約1200秒。乂人圖5可進(jìn)一步看出未密封樣片51的RA比密封樣片的 RA開(kāi)始時(shí)更低并且下落更早。暴露于該HC1溶液大約20分鐘(1200 秒)，未密封樣片的RA接近零。在全部電測(cè)試持續(xù)期間^f旦是在涂層 電阻降低到零之前的整個(gè)過(guò)程中，該涂覆樣片的RA保持為至少是未 涂覆樣片RA的10倍。甚至在暴露于氧等離子40小時(shí)之后，密封劑的樣片表現(xiàn)出的RA大于密封劑的樣片51 (實(shí)心三角形和虛線)的RA 的十倍，即使不帶密封劑的樣片沒(méi)有暴露于氧等離子。不想受到理論限制，該數(shù)據(jù)暗示密封劑深深地穿透該氧 化釔涂層內(nèi)的開(kāi)口容積。已知在存在稀HC1的情況下會(huì)蝕刻該氧化 4乙。電阻降到零附近表明該氧化4乙凈皮完全蝕刻4卓，而留下鋁與該導(dǎo) 電HC1溶液直接接觸。從圖5可以看出涂覆和非涂覆樣片的RA關(guān)于 時(shí)間的斜率是類(lèi)似的。因?yàn)樵趫D4的電3各中，該氧化4乙涂層提供了 大部分電阻，相似的斜率表明兩個(gè)膜的蝕刻速率相似。隨著該氧化 釔厚度降低，RA將正比例地降低，因?yàn)樗A(yù)期等于pL。假設(shè)蝕刻 速率能夠合理地^i設(shè)為恒定，這就與顯而易見(jiàn)的測(cè)量電阻線性降低 是一致的。電阻曲線還與該密封劑滲入該氧化4乙層的深度一致。所 觀察到的、對(duì)應(yīng)在HC1中電阻測(cè)試之前暴露于氧等離子更長(zhǎng)的樣片 的RA的降低暗示繼續(xù)暴露于氧等離子將持續(xù)從該氧化釔開(kāi)口區(qū)域 去除密封劑。顯然，從該復(fù)合氧化釔表面去除密封劑導(dǎo)致暴露更多 的下層密封劑。越多密封層暴露于氧等離子，就去除越多密封劑， 并且該層的電阻率就越低。此外，密封樣片的RA曲線的斜率表現(xiàn)出 從頭到尾明顯地逐漸變化。如果該密封劑沒(méi)有滲入整個(gè)氧化釔層， 那么隨著由于該密去i"劑的存在而增加的電阻率在整個(gè)氧化釔層尋皮 蝕刻4皁之前消除，可以預(yù)見(jiàn)4牛率會(huì)有突然的改變。所以，RA曲線的 形狀暗示該密封劑有效地滲透整個(gè)氧化4乙層到達(dá)該氧化4乙/Al分界 面。進(jìn)一步預(yù)期在一般使用下的密封劑壽命將大于圖5中暗 示的凄i據(jù)，因?yàn)榫酆衔锍练e4吏用中一4殳預(yù)期在內(nèi)部室表面上。由于 氧等離子也會(huì)與這個(gè)聚合物沉積反應(yīng)，存在聚合物沉積的預(yù)期效果 是減少該密封劑暴露于等離子。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中， -使用該密封劑導(dǎo)致極少或者沒(méi)有 工藝轉(zhuǎn)變，即4全測(cè)不出使用該密封劑的例子與不使用該密封劑的例 子的工藝成功指標(biāo)之間的差別。提供多個(gè)示范性工藝指標(biāo)測(cè)試。在 一個(gè)這樣的測(cè)試中，在其上表面具有氧化物層的半導(dǎo)體晶片在等離 子處理室中蝕刻，用于其中該室中的RF介電窗利用上面所討-論類(lèi)型 的密封劑密封的例子，還用于該窗沒(méi)有密封的例子。測(cè)量這兩個(gè)例 子的電介質(zhì)蝕刻速率。在該工藝在具有未密封窗的室中進(jìn)行的情況 下，得到最終厚度555A的電介質(zhì)剩余，30厚度變化為31.0%，與之 相比，該工藝在具有密封窗的室中進(jìn)行時(shí)，得到最終厚度52lA的電 介質(zhì)剩余，3cy厚度變化為31.8。/。。在光刻膠蝕刻對(duì)比中，該工藝在 具有密封窗的室中進(jìn)行時(shí)，灰化后得到最終厚度2049A的光刻膠剩 余，3cj厚度變化為10.6。/。，與之相比，在該工藝在具有未密封窗的 室中進(jìn)行的情況下，灰化后得到最終厚度2030A的光刻力交剩余，3cj 厚度變化為10.9%。這些結(jié)果暗示可直接歸因于單獨(dú)作為轉(zhuǎn)變?cè)?的該密封劑的工藝轉(zhuǎn)變沒(méi)有發(fā)生。也不認(rèn)為由于存在該密封劑會(huì)向該室內(nèi)引入雜質(zhì)。使用 電感耦合等離子質(zhì)量光鐠測(cè)定法(ICP-MS)執(zhí)行HL-126中雜質(zhì)濃 度。HL-126中測(cè)得的雜質(zhì)可在下表中找到。
表l:
元素 密封劑(ppm)
鐵(Fe) 0.017
4丐 0.060
銅(Cu) 0.018鉻(Cr) 0.048
鈷(Co) <0適 '
鎂(Mg ) 0.054
鉬(Mo) <0馬
鎳(Ni) 0.007
鉀(K) 0.051
鈉(Na) 57.0
錫(Sn ) 70.0
鈦(Ti) 80.0
鋅(Zn) 0.23
預(yù)期這個(gè)雜質(zhì)等級(jí)不會(huì)導(dǎo)致在晶片或基片上出現(xiàn)可檢測(cè)到的 雜質(zhì)水平，該晶片或基片在包括密封的部件的室中經(jīng)過(guò)等離子工 藝，暗示可直4妻歸因于單獨(dú)作為轉(zhuǎn)變?cè)虻脑撁芊鈩┑墓に囖D(zhuǎn)變不 會(huì)發(fā)生。另 一工藝成功指標(biāo)是產(chǎn)生顆粒程度的測(cè)量值。在等離子 室中使用具有密封劑的部件導(dǎo)致的顆粒引入通過(guò)使用設(shè)計(jì)為對(duì)比 等離子工藝期間產(chǎn)生的顆粒的工藝制法來(lái)4企測(cè)。該顆粒制法包括使 用Cl2、 HBr和N2組成的工藝氣體，以及卡盤(pán)溫度為45。C,應(yīng)用在#果 露的vf圭晶片上持續(xù)20秒。由于該工藝增加的顆并立通過(guò)測(cè)量處理前后晶片上的顆粒數(shù)量來(lái)確定，使用Tencor SP-I非圖案化表面顆粒才全測(cè) 工具(KLA-Tencor, SanJose， CA),才企測(cè)才及限為0.12^im。在等離子處理中，為該室中的RF介電窗利用上面所討論 類(lèi)型的密封劑密封的情況進(jìn)行該工藝，還為該窗沒(méi)有密封的情況進(jìn) 行該工藝。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)窗的情況，顆粒增加數(shù)目測(cè)得為35,而對(duì)于密 封的窗的情況，這個(gè)增加ft目為48。這個(gè)增加量的測(cè)量差認(rèn)為是不 顯著的，因此提供了支持兩種情況之間工藝性能相等的證據(jù)。這些
沒(méi)有發(fā)生。盡管本發(fā)明參照其具體實(shí)施例描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域技 術(shù)人員來(lái)i兌，顯然，在不背離所附4又利要求的范圍情況下，可進(jìn)行 各種不同的改變和-f資改。
權(quán)利要求
1.一種制作等離子處理室的三層部件的方法，包括a.通過(guò)如下方式形成雙層生坯i.將第一層和第二層壓在一起ii.將壓在一起的層機(jī)加工到所需的尺寸；其中該第一層包括氧化鋁顆粒和該第二層包括氧化釔顆粒；和b.共同燒結(jié)該雙層生坯，其中該第一層和該第二層在該燒結(jié)工藝期間密切接觸；以便形成三層部件，包括鄰近中間層的外部氧化鋁層，該中間層包括氧化釔和氧化鋁的固溶體并鄰近第二外部氧化釔層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該中間層包括YAG,該第 一層包括氧化鋁陶瓷片和該第二層包括氧化釔陶瓷片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該外部氧化釔層、該中間層 和該外部氧化鋁層任何一個(gè)的孔隙度小于3%。
4. 才艮據(jù)^K利要求1所述的方法，其中該外部氧化4乙層、該中間層 和該外部氧化鋁層4壬4可一個(gè)的孔隙度小于1%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一層和第二層在共同燒 結(jié)工藝期間均#^也熱壓在一起。
6. 4艮據(jù)沖又利要求1所述的方法，其中該生坯的該第一層和該第二 層為圓盤(pán)形，具有平滑表面且直徑至少是所需的最終直徑，其 中該生坯基本上由該第一和第二層組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該三層部件形成介電RF傳輸窗。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該生坯的該第 一層的厚度從 大約20mm至大約40mm,該生坯的該第二層的厚度/人大約 lmm至大約9mm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該三層部件的外部氧化釔層 的厚度從大約lmm至大約5mm,該三層部件的該中間層厚度 從大約2mm至大約6mm，該三層部件的該外部氧化鋁層的厚 度/人大約15mm至大約45mm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該三層部件選自等離子處理 設(shè)備的室壁、室襯墊、基片支撐件、隔板、氣體分配板、等離 子限制環(huán)、噴嘴、等離子聚焦環(huán)、熱邊緣環(huán)、耦合環(huán)、卡盤(pán)、 緊固4牛和/或加熱元件。
11. 一種安裝等離子處理室的部件的方法，包括從該室內(nèi)取出部件 并且用按照根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制造的部件替換，其中 該部件這樣安裝，即當(dāng)該室運(yùn)行以創(chuàng)建等離子環(huán)境時(shí)，該第二 外部氧化4乙層至少一個(gè)表面暴露于該等離子環(huán)境。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該等離子處理室是導(dǎo)體蝕刻室。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該三層部件相比于熱噴鍍 氧化4乙涂層具有^是高的耐脫落性。
14. 一種等離子處理半導(dǎo)體基片的方法，其包4舌在—又利要求11的 該等離子處理室中處理該基片。
15. —種密封等離子處理室的氧化釔等離子噴鍍涂覆部件的方法，該方法包括；a) 施加室溫粘度小于50cP的液體厭氧密封劑到該部件的 全部氧化釔層表面；b) 濕法清潔該部4牛；c) 在N2環(huán)境中至少150°C下固化該濕法清潔的部件超過(guò) 2小時(shí)；以及，d) 以及通過(guò)重復(fù)a)到c)的步驟將第二液體厭氧密封劑 施加于該固化的基片。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該密封劑包含四甘醇二曱 基丙烯酸酯、曱基丙烯酸2-羥基乙酯、糖精、異丙基苯過(guò)氧 化氫和甲基丙烯酸。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中每個(gè)密封的氧化釔等離子 噴鍍涂覆層的電阻率大于每個(gè)未密封層電阻率的十4咅。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該密封劑有效滲透整個(gè)氧 化4乙層。
19. 一種等離子處理方法，包括在等離子處理室中處理半導(dǎo)體基 片，該室包括根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法密封的氧化4乙等離 子噴鍍^余^1部件。
全文摘要
提供兩種延長(zhǎng)作為等離子室材料的氧化釔的壽命的方法。一種方法包括共同燒結(jié)雙層生坯制造等離子處理室的三層部件，其中。一層包括陶瓷顆粒，第二層包括氧化釔顆粒。該兩層在燒結(jié)工藝期間密切接觸。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該三層部件包括外部氧化釔層，YAG中間層和第二外部氧化鋁層?？蛇x地，這些圓盤(pán)在燒結(jié)工藝期間壓在一起。所產(chǎn)生的三層部件孔隙度非常低。優(yōu)選地，該外部氧化釔層、該YAG中間層和該第二外部氧化鋁層任一個(gè)的孔隙度小于3％。第二種方法包括通過(guò)施加室溫粘度小于50cP的液體厭氧密封劑而密封氧化釔等離子噴鍍涂覆部件，通過(guò)將該密封劑刷涂在該部件所有氧化釔表面上，濕法清潔該部件，在N₂環(huán)境中至少150℃下固化該濕法清潔的部件超過(guò)2小時(shí)；以及通過(guò)重復(fù)施加該第一涂層所使用的步驟將第二密封劑涂層施加于該固化的基片。
文檔編號(hào)H01L21/205GK101589455SQ200880002182
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月11日
發(fā)明者劉身健, 杜安·奧特卡, 洪 石, 約翰·多爾蒂 申請(qǐng)人:朗姆研究公司