用于在等离子体系统中使用的室组件的表面涂层技术方案

本发明专利技术公开了用于等离子体组件的表面涂层，所述表面涂层的益处是针对侵蚀性(例如，基于氟的)等离子体环境中的化学和等离子体物理侵蚀的稳固性。与其他已知的表面处理相比，所述涂层还提供用于活性氧、氮、氟和氢物种的低等离子体表面复合速率。所述涂层还可以被涂敷到不需要蚀刻或等离子体清洗的任何等离子体系统组件，包括但不限于如石英、铝或阳极化的铝的材料。另外，通过向系统组件涂敷非反应性涂层从而增加激发的等离子体物种向所述系统的等离子体室的流动来增加系统的效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求于2013年11月21日提交的美国临时专利申请号61/907,214的权益，该申请的公开内容整体地通过引用并入本文。公开领域本公开总体上涉及等离子体系统且更具体地涉及用于等离子体系统中的工具和固定装置的涂层。公开背景本公开总体上涉及在等离子体系统中使用的部件的涂层。与等离子体直接接触的部件经受化学攻击、离子轰击、UV辐射、大的温度变化和梯度，以及电场。优选的等离子体系统部件由铝或石英制成，因为它们具有对于活性氧、氮和氢物种的最低等离子体表面复合速率。然而，当采用含有卤素、或其他化学上更高侵蚀性的等离子体时，这些材料不再是可接受的选择。在这样的环境中，等离子体系统组件典型地由像阳极化的铝、氧化铝、或蓝宝石的材料制成。尽管这些材料具有的优势是它们较好地阻挡化学和物理等离子体攻击，但缺点是它们具有实质上更高的等离子体表面复合速率，因此从等离子体流中去除了大部分活性氧、氢和氮等离子体物种。这些物种的去除减小了等离子体过程的效率。被构造成减小活性等离子体物种的复合速率并增加活性物种至系统的流动的等离子体系统组件将是等离子体系统中受欢迎的改进。公开概述本文公开了用于等离子体组件的表面涂层，其具有针对侵蚀性(例如，基于氟的)等离子体环境中的化学和等离子体物理侵蚀的鲁棒性的益处。与其他已知的表面处理相比，所述涂层还提供低的对于活性氧、氮、氟和氢物种的等离子体表面复合速率。所述涂层可以被涂敷到不需要蚀刻或等离子体清洗的任何等离子体系统组件，包括但不限于如石英、铝或阳极化的铝的材料。另外，通过向系统组件涂敷非反应性涂层从而增加激发的等离子体物种向所述系统的加工室的流动来增加系统的效率。因此，在一个示例性实施方案中，本公开提供了一种用于减少等离子体湿润表面系统组件的反应性的涂层。所述涂层包含：具有大约如下组成的氧化钇：约60％至约80％的量的钇；约20％至约40％的量的氧；和/或具有大约如下组成的氧氮化铝：约25％至约60％之间的量的铝；约20％至约40％之间的量的氧；约20％至约40％之间的量的氮；其中所述涂层被涂敷到等离子体湿润系统的组件。在一些示例性实施方案中，所述等离子体包括下列中的一种或多种：原子氧、分子氧、原子氢、分子氢、原子氮、分子氮、分子氩、原子氩、原子氟、分子氟。在这些和其他实施方案中的多个实施方案中，所述等离子体包括下列中的一种或多种：携氟等离子体、携氧等离子体、携氢等离子体和携氮等离子体。在多个示例性实施方案中，所述等离子体是组合等离子体。在特别的实施方案中，所述携氟等离子体包括：CF4、CHF3、CF3H、C2F6、C4F8、SF6、NF3、F2和C4F8O；所述携氧等离子体包括：O2、O3、N2O、CO、CO2、C4F8O、H2O和H2O2；所述携氢等离子体包括：H2、CH4、NH3、N2H2、C2H2、H2O、H2O2、N2/H2、He/H2和Ar/H2；且所述携氮等离子体包括：N2、N2O、NH3、NF3、N2/H2和NO。在这些和其他示例性实施方案中，所述组件由石英、铝、或阳极化的铝或其组合制造。在多个示例性实施方案中，所述涂层通过来以下方式来涂敷：气相沉积、溅射沉积、热喷涂、溶胶-凝胶涂布、常压等离子体沉积、磁控溅射、电子束沉积、或脉冲激光沉积。在一些示例性实施方案中，气相沉积是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)；物理气相沉积(PVD)；和化学气相沉积(CVD)。在多个其他示例性实施方案中，所述等离子体系统是：下游远程等离子体系统、感应耦合等离子体系统、电容耦合等离子体系统、反应离子蚀刻等离子体系统、和常压等离子体系统、和离子蚀刻等离子体系统。在一个实施方案中，将金属氮氧化物诸如AlON(氧氮化铝)的涂层直接涂敷到等离子体系统组件。我们已经发现，AlON与等离子体流的相互作用产生的复合速率基本上低于阳极化的铝的复合速率。在多个实施方案中，所述涂层的硬度在约3GPa至约10Gpa之间，弹性(杨氏)模量在约100GPa至约20Gpa之间且所述涂层在约-150℃至约+600℃之间的温度下是稳定的。在另一个示例性实施方案中，本公开教导了一种增加等离子体系统的效率的方法，所述方法包括向不需要等离子体蚀刻的系统组件涂敷表面涂层，所述涂层减小非蚀刻的组件对等离子体流的反应性，其中所述表面涂层是：具有大约如下组成的氧化钇：约60％至约80％的量的钇；约20％至约40％的量的氧；和/或具有大约如下组成的氧氮化铝：约25％至约60％之间的量的铝；约20％至约40％之间的量的氧；约20％至约40％之间的量的氮；其中所述涂层被涂敷到等离子体湿润系统的组件。在另一个实施方案中，将过渡金属氧化物诸如氧化钇的涂层直接涂敷到等离子体组件。我们已经发现氧化钇与等离子体流的相互作用产生的复合速率基本上低于阳极化的铝的复合速率。在多个示例性实施方案中，所述等离子体包括下列中的一种或多种：原子氧、分子氧、原子氢、分子氢、原子氮、分子氮、分子氩、原子氩、原子氟、分子氟。在这些和其他实施方案中的多个实施方案中，所述等离子体包括下列中的一种或多种：携氟等离子体、携氧等离子体、携氢等离子体和携氮等离子体。在多个示例性实施方案中，所述等离子体是组合等离子体。在特别的实施方案中，所述携氟等离子体包括：CF4、CHF3、CF3H、C2F6、C4F8、SF6、NF3、F2和C4F8O；所述携氧等离子体包括：O2、O3、N2O、CO、CO2、C4F8O、H2O和H2O2；所述携氢等离子体包括：H2、CH4、NH3、N2H2、C2H2、H2O、H2O2、N2/H2、He/H2和Ar/H2；且所述携氮等离子体包括：N2、N2O、NH3、NF3、N2/H2和NO。在这些和其他示例性实施方案中，所述组件由石英、铝、或阳极化的铝或其组合制造。在多个实施方案中，所述涂层通过来以下方式来涂敷：气相沉积、溅射沉积、热喷涂、溶胶-凝胶涂布、常压等离子体沉积、磁控溅射、电子束沉积、或脉冲激光沉积。在一些实施方案中，气相沉积是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)；物理气相沉积(PVD)；和化学气相沉积(CVD)。在多个其他示例性实施方案中，所述等离子体系统是：下游远程等离子体系统、感应耦合等离子体系统、电容耦合等离子体系统、反应离子蚀刻等离子体系统、和常压等离子体系统、和离子蚀刻等离子体系统。在多个实施方案中，所述涂层的硬度在约3GPa至约10Gpa之间，弹性(杨氏)模量在约100GPa至约20Gpa之间且所述涂层在约-150℃至约+600℃之间的温度下是稳定的。在又一示例性实施方案中，本公开教导了一种增加等离子体系统组件的寿命的方法，所述方法包括向系统组件涂敷表面涂层，所述涂层减少所述组件对等离子体流的反应性，其中所述表面涂层是：具有大约如下组成的氧化钇：约60％至约80％的量的钇；约20％至约40％的量的氧；和/或具有大约如下组成的氧氮化铝：约25％至约60％之间的量的铝；约20％至约40％之间的量的氧；约20％至约40％之间的量的氮；其中所述涂层被涂敷到等离子体湿润系统的组件。在一些示例性实施方案中，所述等离子体包括下列中的一种或多种：原子氧、分子氧、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减少等离子体湿润表面系统组件的反应性的涂层，其包含：具有大约如下组成的氧化钇：约60％至约80％的量的钇；约20％至约40％的量的氧；和/或具有大约如下组成的氧氮化铝：约25％至约60％之间的量的铝；约20％至约40％之间的量的氧；约20％至约40％之间的量的氮；其中所述涂层被涂敷到等离子体湿润系统的组件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.21 US 61/907,2141.一种用于减少等离子体湿润表面系统组件的反应性的涂层，其包含：具有大约如下组成的氧化钇：约60％至约80％的量的钇；约20％至约40％的量的氧；和/或具有大约如下组成的氧氮化铝：约25％至约60％之间的量的铝；约20％至约40％之间的量的氧；约20％至约40％之间的量的氮；其中所述涂层被涂敷到等离子体湿润系统的组件。2.权利要求1所述的涂层，其中所述涂层是包含以下的氧化钇：约60％至约80％的量的钇；约20％至约40％的量的氧。3.权利要求1所述的涂层，其中所述涂层是包含以下的氧氮化铝：约25％至约60％之间的量的铝；约20％至约40％之间的量的氧；约20％至约40％之间的量的氮。4.权利要求1所述的涂层，其中所述等离子体包括下列中的一种或多种：原子氧、分子氧、原子氢、分子氢、原子氮、分子氮、分子氩、原子氩、原子氟、分子氟。5.权利要求4所述的涂层，其中所述等离子体包括下列中的一种或多种：携氟等离子体、携氧等离子体、携氢等离子体和携氮等离子体。6.权利要求1-5所述的涂层，其中所述携氟等离子体包括：CF4、CHF3、
\tCF3H、C2F6、C4F8、SF6、NF3、F2和C4F8O。7.权利要求1-5所述的涂层，其中所述携氧等离子体包括：O2、O3、N2O、CO、CO2、C4F8O、H2O和H2O2。8.权利要求1-5所述的涂层，其中所述携氢等离子体包括：H2、CH4、NH3、N2H2、C2H2、H2O、H2O2、N2/H2、He/H2和Ar/H2。9.权利要求1-5所述的涂层，其中所述携氮等离子体包括：N2、N2O、NH3、NF3、N2/H2和NO。10.权利要求1-5所述的涂层，其中所述涂层通过以下方式来涂敷：气相沉积、溅射沉积、热喷涂、溶胶-凝胶涂布、常压等离子体沉积、磁控溅射、电子束沉积、或脉冲激光沉积。11.权利要求10所述的涂层，其中所述气相沉积是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)；物理气相沉积(PVD)；和化学气相沉积(CVD)。12.权利要求1-5所述的涂层，其中所述涂层在约-150℃至约+600℃之间的温度下是稳定的。13.权利要求1-5所述的涂层，其中所述等离子体系统是：下游远程等离子体系统、感应耦合等离子体系统、电容耦合等离子体系统、反应离子蚀刻等离子体系统、和常压等离子体系统、和离子蚀刻等离子体系统。14.权利要求1-5所述的涂层，其中所述涂层的硬度在约3GPa至约10GPa之间。15.权利要求1-5所述的涂层，其中所述涂层的弹性(杨氏)模量在约100
\tGPa至约20GPa之间。16.权利要求1-5所述的涂层，其中所述组件由石英、铝、或阳极化的铝或其组合制造。17.一种增加等离子体系统的效率的方法，所述方法包括向不需要等离子体蚀刻的系统组件涂敷表面涂层，所述涂层减小非蚀刻的组件对等离子体流的反应性，其中所述表面涂层是：具有大约如下组成的氧化钇：约60％至约80％的量的钇；约20％至约40％的量的氧；和/或具有大约如下组成的氧氮化铝：约25％至约60％之间的量的铝；约20％至约40％之间的量的氧；约20％至约40％之间的量的氮；其中所述涂层被涂敷到等离子体湿润系统的组件。18.权利要求17所述的方法，其中所述涂层是包含以下的氧化钇：约60％至约80％的量的钇；约20％至约40％的量的氧。19.权利要求17所述的方法，其中所述涂层是包含以下的氧氮化铝：约25％至约60％之间的量的铝；约20％至约40％之间的量的氧；约20％至约40％之间的量的氮。20.权利要求17所述的方法，其中所述等离子体包括以下中的一种或多种：原子氧、分子氧、原子氢、分子氢、原子氮、分子氮、分子氩、原子氩、原子氟、分子氟。21.权利要求17-20所述的方法，其中所述等离子体包括下列中的一种或多种：携氟等离子体、携氧等离子体、携氢等离子体和携氮等离子体。22.权利要求17-20所述的方法，其中所述携氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡洛·瓦尔德弗里德，
申请(专利权)人：恩特格里斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US