制造具有由氧化铝组成的陶瓷结构的部件的方法技术

提供了一种制造具有由氧化铝组成的陶瓷结构的部件的方法。所述方法包括提供一种陶瓷粉末，其中氧化铝按重量具有至少约９９．８％的纯度。所述陶瓷粉末然后被球磨研磨，研磨表面具有氧化铝，以形成粒度范围从约０．２微米到约５微米的粉末。由所述粉末形成具有预定形状的陶瓷预制件。所述陶瓷预制件在从约１３００℃到约１８００℃的温度被烧结，以形成烧结的陶瓷材料，其由氧化铝组成，按重量具有至少约９９．８％的纯度。烧结的陶瓷材料也具有晶粒和晶界区域，如此晶粒的总面积Ｇ↓［ＳＡ］与晶界区域的总面积ＧＢ↓［ＳＡ］的比值为从约０．２５到约２．５。此外，在烧结的陶瓷材料中，至少约８０％晶粒的尺寸范围为从约１微米到约２０微米。

Method of making a component having a ceramic structure consisting of alumina

A method of manufacturing a component having a ceramic structure consisting of alumina is provided. The method includes providing a ceramic powder in which alumina has a purity of at least about 99.8% by weight. The ceramic powder is then milled, ground, and ground with alumina to form powders ranging in size from about 0.2 microns to about 5 microns. A ceramic preform having a predetermined shape is formed from the powder. The ceramic preform is sintered at a temperature from about 1300 DEG C to about 1800 DEG C to form a sintered ceramic material consisting of alumina and having a purity of at least about 99.8% by weight. Ceramic material is sintered grains and grain boundary regions, the ratio of the total area of GB: SA produced total area of G: SA and the grain boundary area is from about 0.25 to about 2.5. In addition, in sintered ceramic materials, at least about 80% of the grain size range from about 1 microns to about 20 microns.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及具有抗腐蚀性的衬底处理室部件。
技术介绍
在衬底例如半导体晶片和显示器的处理中，衬底被放置在处理室 中，并暴露给激励气体，以沉积或蚀刻衬底上的材料。在这些工艺过 程中，产生了工艺残留物并沉积在处理室的内表面上。例如，在化学 气相沉积工艺中，沉积材料能沉积在处理室的部件表面上，例如沉积 环和阴影环上。在后续的工艺周期中，沉积的工艺残留物从处理室部 件表面"剥落"，落在衬底上并污染了衬底。因此，沉积的工艺残留物 被定期从处理室表面清除。但是，在清除处理的过程中或当暴露给其他腐蚀性气体时，处理 室部件的被暴露表面经常被腐蚀。例如，在干法清洗工艺中，部件可 能被暴露给激励的卤化清洗气体，例如NF3或CF4，这些气体能够迅速 地腐蚀部件表面。清洗气体典型地是由微波或RF能量激活的。其他腐 蚀性气体，诸如，例如蚀刻气体，也能够腐蚀处理室部件的表面，而这 是不期望的。处理室部件的腐蚀是不期望的，因为被腐蚀部件的粒子 经常从部件剥落，落在处理室中正被处理的衬底上并污染衬底。在一种方式中，通过提供包括抗腐蚀的陶瓷材料例如氧化铝的部 件，改善了部件的抗腐蚀性。陶瓷材料诸如氧化铝典型地在激励气体 中显示出良好的抗腐蚀性，并且能够减少在处理室中产生的粒子。例 如，授予Gupta等人的美国专利No. 6083451描述了一种抗含氟等离子 体的氧化铝陶瓷材料。然而，即使这些材料也没有提供足够好的结果， 因为陶瓷材料仍然可能被某些气体制剂腐蚀。当它们被腐蚀时，这些部件典型地被清洗且它们被腐蚀得不能使用和需要被替换之前，在处 理室中只能被再使用几次，这个方法花费高而且导致处理装置的停机。 处理室部件也能够被清洗部件的化学溶液腐蚀。湿法清洗工艺能 够使用刺激的清洗化学制品，例如包括氢氟酸的溶液有时被用于清洗 工艺残留物，这些工艺残留物具有成分硬的合成物，用其他方式难以 清除。处理室部件的表面容易地被这种清洗溶液过度腐蚀，需要频繁 地替换部件。因此，需要一种具有改进的抗腐蚀性的处理室部件，抵抗激励气 体例如蚀刻和清洗气体及清洗溶液造成的腐蚀。此外还需要这种抗腐 蚀部件由陶瓷材料制成，及制造这种部件的方法。
技术实现思路
一种衬底处理室部件，其在激励气体中能够显示低的腐蚀性。所 述部件具有由氧化铝组成的陶瓷结构，以及在处理室中暴露给激励气 体的一个表面。所述表面由激励气体造成的腐蚀被具有抗腐蚀特性的陶瓷结构显著地降低，所述抗腐蚀特性源于结合(i)晶粒的总面积 GsA与晶界区域的总面积GBsA的比值是从约0. 25到约2. 5; (ii)所 述陶瓷结构中至少约80%的晶粒的尺寸范围是从约1微米到约20微 米；(iii)所述陶瓷结构按重量还具有至少约99.8X的纯度。已经发现 具有更小的晶界区域和所希望的晶粒尺寸范围的高纯度陶瓷极大地减 少了表面的腐蚀，大约到十分之一。在另一个方案中，提供了一种方法，用于制造具有由氧化铝组成 的陶瓷结构的部件。所述方法包括提供一种陶瓷粉末，其中氧化铝按 重量具有至少约99.8%的纯度。所述陶瓷粉末然后被球磨研磨，研磨 表面具有氧化铝，以形成粒度范围从约0. 2微米到约5微米的粉末。 由所述粉末形成具有预定形状的陶瓷预制件。所述陶瓷预制件在从约 130(TC到约18ocrc的温度被烧结，以形成烧结的陶瓷材料，其由氧化 铝组成,按重量具有至少约99. 8%的纯度。烧结的陶瓷材料也具有晶粒 和晶界区域，如此晶粒的总面积GsA与晶界区域的总面积GBsa的比信 为从约0.25到约2.5。此外，在烧结的陶瓷材料中，至少约80%晶粒 的尺寸范围为从约1微米到约20微米。附图说明参照以下的描述、所附的权利要求和附图，本专利技术的这些特征、 方面和优点将变得更好理解，其中附图用于说明本专利技术的示例。然而， 应该理解的是，通常可以在专利技术中使用每个特征，而不仅仅是在特定 附图的背景中，且本专利技术包括这些特征的任何组合，其中-图1是抗腐蚀部件的一个实施例的截面侧视图，该部件具有由氧 化铝组成的陶瓷结构；图2是图1部件的横截面实施例的截面图，显示了晶粒和晶界区域；图3是球磨容器的实施例的截面侧视图； 图4是喷雾干燥处理室的截面侧视图； 图5A是冷等静压装置的实施例的截面侧视图； 图5B是成形的陶瓷预制件的实施例的侧视图； 图6是化学气相沉积处理室的实施例的截面侧视图；和 图7A-7D是显示在用清洗溶液清洗之前和之后，随着超声波处理 或清洗时间的增加材料表面上的粒子浓度的曲线。具体实施例方式如图1所示，处理室部件20的一个实施例能够被用于衬底处理室 106 (如图6所示)中，且包括一个具有暴露表面24的陶瓷结构22， 暴露表面24能够暴露给处理室106中的激励气体(energized gas)。 具有陶瓷结构22的处理室部件20可包括，例如在处理室106中提供 处理气体的气体供应部分130、在处理室106中支撑衬底104的衬底支 架IOO、激励处理气体的气体激励器116、室围壁118和从处理室106 排出气体的气体排放装置120。图6示例了化学气相沉积室106的一个 示例结构，其中具有陶瓷结构22的部件20可包括至少以下部件之一 的一部分诸如拱形顶119的室围壁118、诸如盖环(cover ring) 126 和轴环(collar ring) 128中的至少一个的加工配套元件124的部件、 衬底支架100的表面和升降杆152。具有陶瓷结构22的部件20也可包 括室部件，例如蚀刻室、预清洗室、灰化室、物理气相沉积室和其他室。因此，部件20不应该限于此处示例的或描述的形式，还可包括对 于本领域普通技术人员而言显然的其他结构。在一个实施方式中，部件20包括由氧化铝材料组成的、具有抗腐 蚀特性的陶瓷结构22。氧化铝材料在激励气体环境中显示出增强的抗 腐蚀性，以及对由腐蚀性清洗介质诸如清洗等离子体和清洗液造成的 腐蚀的增强的抵抗性。氧化铝材料典型包括氧化铝晶粒26和存在于氧 化铝晶粒26之间的晶界区域28，如图2所示。已经发现，当氧化铝的 暴露表面具有的氧化铝晶粒总面积GSA与晶粒之间的晶界区域总面积 GBsA的比值在预定范围内时，可获得更好的抗腐蚀性。在一个方式中， 使陶瓷结构22腐蚀减少或降低的Gsa与GBSA比值为从约0. 25到约 2.5，诸如从约0.5到约2.0。相信这个比值是重要的，因为比值太低 相对于暴露的晶粒面积提供太大的晶界区域面积，且可导致晶界区域 被激励气体或清洗介质过度腐蚀，结果氧化铝晶粒从部件20剥落。但 是，比值太高能够产生具有不期望的结构特性的部件结构，诸如晶粒 之间的结合弱或烧结温度高。由具有在预定范围内的Gsa与GBSA比值 的氧化铝组成的陶瓷结构22提供室处理中改进的抗腐蚀性，允许使用 部件20来处理衬底，而基本不污染衬底，同时部件制造也较简单。图2显示了陶瓷结构22的一个横截面示例，陶瓷结构22由具有 上述的晶粒26和晶界区域28的氧化铝材料组成。可使用例如扫描电 子显微镜方法(SEM)或其他能够产生晶粒26和晶界区域28的横截面 图像的技术来获得该横截面，如本领域普通技术人员所公知的。为了 计算Gsa与GBsA的比值，可以测量指定横截面的晶粒26的总面积， 并除以横截面中晶界区域28本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造具有由氧化铝组成的陶瓷结构的部件的方法，该方法包括：（ａ）提供一种含有氧化铝的陶瓷粉末，其中所述氧化铝按重量具有至少约９９．８％的纯度；（ｂ）球磨研磨所述陶瓷粉末，其中研磨表面含有氧化铝，以形成粒度范围从约０．２微米到约５微米的粉末；（ｃ）由所述粉末形成具有预定形状的陶瓷预制件；（ｄ）在从约１３００℃到约１８００℃的温度烧结所述陶瓷预制件，从而形成烧结的陶瓷材料，该陶瓷材料由按重量具有至少约９９．８％的纯度的氧化铝组成，其中所述烧结的陶瓷材料包括晶粒和晶界区域，以使所述晶粒的总面积Ｇ↓［ＳＡ］与所述晶界区域的总面积ＧＢ↓［ＳＡ］的比值为从约０．２５到约２．５，并且其中至少约８０％的所述晶粒的尺寸范围从为约１微米到约２０微米。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L穆鲁盖什，S德特玛，H方，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]