用于盖与喷嘴上的稀土氧化物基涂层的离子辅助沉积制造技术

本发明专利技术涉及用于处理腔室的腔室部件、抗等离子体盖或喷嘴及制造制品的方法。制造制品的方法包含提供用于蚀刻反应器的盖或喷嘴。随后执行离子辅助沉积(IAD)以在盖或喷嘴的至少一个表面上沉积保护层，其中，保护层是具有小于300μm的厚度以及10微英寸或更小的平均表面粗糙度的抗等离子体的稀土氧化物膜。

Ion Assisted Deposition of Rare Earth Oxide Based Coatings on Covers and Nozzles

【技术实现步骤摘要】
用于盖与喷嘴上的稀土氧化物基涂层的离子辅助沉积本申请是申请日为2014年7月15日、申请号为201480041007.6、名称为“用于盖与喷嘴上的稀土氧化物基涂层的离子辅助沉积”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术的实施例大体涉及具有抗等离子体的薄膜保护层的腔室盖和腔室喷嘴。
技术介绍
在半导体产业中，器件由生产尺寸持续减小的结构的制造工艺来制造。诸如等离子体蚀刻和等离子体清洗工艺之类的一些制造工艺使基板暴露于高速等离子体流以蚀刻或清洗基板。等离子体可能是高度侵蚀性的，并可能侵蚀处理腔室以及暴露于等离子体的其他表面。盖和喷嘴是导体与电介质蚀刻中的两个重要的蚀刻腔室部件。通常，盖和喷嘴由块状(bulk)陶瓷制成。然而，随着器件节点的持续减小，提出了严格的缺陷要求。这些新应用中的一些使用高操作温度(例如，约300℃或更高)。当用于此类高温应用时，许多块状陶瓷可能因热冲击而破裂。此外，抗等离子体的块状陶瓷通常非常昂贵。由于Al2O3的高热导率和弯曲强度，Al2O3可用于盖和喷嘴。然而，在氟化学品作用下，被暴露的Al2O3在经处理的晶片上形成AlF颗粒和Al金属污染物。近来尽力以厚保护涂层来涂覆盖和喷嘴的面向等离子体的侧。已探查到厚膜涂层(诸如，等离子体喷涂涂层)可减少晶片上金属污染。然而，等离子体喷涂涂层的真空密封已成为担忧的问题，因为在一些示例中，等离子体喷涂涂层因固有的孔隙与裂痕而无法维持真空。此外，等离子体喷涂涂层有长的前置时间，并且通常由特殊的表面准备引导，导致增加了成本。另外，由于表面准备和成本，重新磨光涂层可能是挑战。已考虑将被称为物理气相沉积(PVD)的薄膜涂覆技术用于涂覆盖和喷嘴。然而，PVD涂覆工艺非常慢(影响最终的涂覆成本)，并因此无法生成足够厚以符合部件(特别是对于非消耗性零件，像盖和喷嘴)的寿命要求的涂层。此外，PVD涂层通常具有高残余应力，这在一些示例中将由于破裂和剥离而缩短部件寿命。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于处理腔室的腔室部件。所述腔室部件包括：陶瓷主体，所述陶瓷主体具有至少一个表面，所述至少一个表面具有8-16微英寸的第一平均表面粗糙度；以及在所述陶瓷主体的所述至少一个表面上的共形保护层，其中所述共形保护层是包含40-100mol％的Y2O3、0-60mol％的ZrO2和0-10mol％的Al2O3的抗等离子体稀土氧化物膜，所述共形保护层在所述至少一个表面上面具有小于300μm的均匀厚度，并且所述共形保护层具有小于10微英寸的第二平均表面粗糙度，其中所述第二平均表面粗糙度小于所述第一平均表面粗糙度。本专利技术还提供了一种用于处理腔室的抗等离子体盖或喷嘴。所述抗等离子体盖或喷嘴包括陶瓷主体以及在所述陶瓷主体的至少一个表面上的共形保护层，所述盖或喷嘴已由包括以下步骤的工艺制造：提供具有8-16微英寸的第一平均表面粗糙度的所述盖或喷嘴；执行电子束离子辅助沉积以在所述盖或喷嘴的所述至少一个表面上沉积所述共形保护层，所述共形保护层在沉积之后具有所述第一平均表面粗糙度，其中所述共形保护层是在所述至少一个表面上面具有小于50μm的均匀厚度的抗等离子体稀土氧化物膜，并且其中所述共形保护层包含40-100mol％的Y2O3、0-60mol％的ZrO2和0-10mol％的Al2O3；以及将所述共形保护层抛光至小于10微英寸的第二平均表面粗糙度，其中所述第二平均表面粗糙度小于所述第一平均表面粗糙度。本专利技术还提供了一种制造制品的方法。所述方法包括：执行离子辅助沉积以在用于处理腔室的腔室部件的至少一个表面上沉积第一共形保护层，其中所述至少一个表面具有8-16微英寸的第一平均表面粗糙度，其中所述第一共形保护层在沉积之后具有所述第一平均表面粗糙度，并且其中所述第一共形保护层是在所述至少一个表面上面具有小于300μm的均匀厚度的抗等离子体稀土氧化物膜，所述第一共形保护层包含40-100mol％的Y2O3、0-60mol％的ZrO2和0-10mol％的Al2O3；以及将所述第一共形保护层抛光至小于10微英寸的第二平均表面粗糙度，其中所述第二平均表面粗糙度小于所述第一平均表面粗糙度。附图说明在所附附图的图中，以示例方式而非限制方式来说明本专利技术，在所附附图中，相同的元件符号指示类似的元件。应当注意，本公开中对“一”或“一个”实施例的引用不一定是指同一个实施例，并且此类引用意味着至少一个。图1描绘了处理腔室的一个实施例的截面图。图2A描绘沉积机制，此沉积机制适用于利用高能粒子的沉积技术(诸如，离子辅助沉积(IAD))。图2B描绘了IAD沉积设备的示意图。图3-4示出由一个或更多个薄膜保护层覆盖的制品(例如，盖和/或喷嘴)的横截面图。图5A示出根据一个实施例的、具有稀土氧化物抗等离子体层的腔室盖的透视视图。图5B示出根据一个实施例的、具有稀土氧化物抗等离子体层的腔室盖的剖面侧视图。图5C示出根据一个实施例的、具有稀土氧化物抗等离子体层的腔室喷嘴的透视视图。图6示出用于在盖或喷嘴上形成一个或多个保护层的工艺的一个实施例。图7示出暴露于电介质蚀刻CF4化学品的各种材料的腐蚀速率，包括根据本文中所述的实施例而形成的多个不同的IAD涂层的腐蚀速率。图8和图9分别示出根据本专利技术的实施例而形成的薄膜保护层在CH4-Cl2与CHF3-NF3-Cl2化学品作用下的腐蚀速率。图10-11分别示出根据本专利技术的实施例而形成的薄膜保护层在CH4-Cl2与CHF3-NF3-Cl2化学品作用下的粗糙度轮廓。图12示出在低偏置下暴露于CF4-CHF3沟槽用学品的各种材料的腐蚀速率。具体实施方式本专利技术的实施例提供制品(诸如，用于蚀刻反应器的盖和/或喷嘴)，所述制品在所述制品的一个或更多个面向等离子体的表面上具有薄膜保护层。保护层可具有高达约300μm的厚度，并且提供抗等离子体腐蚀性以保护制品。可使用离子辅助沉积(IAD)(例如，使用电子束IAD(EB-IAD))将保护层形成在制品上。薄膜保护层可以是Y3Al5O12、Y4Al2O9、Er2O3、Gd2O3、Er3Al5O12、Gd3Al5O12、包含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固溶体的陶瓷化合物或另一稀土氧化物。由薄膜保护层提供的改善的抗腐蚀性可改善制品的使用寿命，同时减少维护和制造成本。此外，可足够厚地施加IAD涂层以为盖和/或喷嘴提供更长的寿命，并且IAD涂层可具有良好的气密性以维持真空。能以低成本施加IAD涂层并且在稍后重新磨光所述IAD涂层。图1是半导体处理腔室100的截面图，所述处理腔室100具有一个或更多腔室部件，以根据本专利技术的实施例的薄膜保护层涂覆所述一个或更多个腔室部件。处理腔室100可用于提供腐蚀性等离子体环境的工艺。例如，处理腔室100可以是用于等离子体蚀刻反应器(也称为等离子体蚀刻器)、等离子体清洁器等的腔室。可包括薄膜保护层的腔室部件的示例包括基板支撑组件148、静电夹盘(ESC)150、环(例如，工艺套件环或单环)、腔室壁、基底、气体分配板、喷淋头、衬层、衬层套组、屏蔽件、等离子体屏、流量均衡器、冷却基底、腔室观察孔、腔室盖104、喷嘴等。在一个特定实施例中，保护层施加在腔室盖104和/或腔室喷嘴132上。薄膜保护层(在下文中将更详细地描述)是由离子辅助沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理腔室的腔室部件，包括：陶瓷主体，所述陶瓷主体具有至少一个表面，所述至少一个表面具有大约8‑16微英寸的第一平均表面粗糙度；以及在所述陶瓷主体的所述至少一个表面上的共形保护层，其中，所述共形保护层包含抗等离子体稀土氧化物膜，所述抗等离子体稀土氧化物膜是从由Y4Al2O9、Er2O3、Gd2O3、YF3、Er4Al2O9、ErAlO3、Gd4Al2O9、GdAlO3、Nd4Al2O9、NdAlO3、第一陶瓷化合物和第二陶瓷化合物组成的群组中选择的，所述第一陶瓷化合物包含Y4Al2O9与Y2O3‑ZrO2固溶体的混合物，所述第二陶瓷化合物包含Y2O3、ZrO2、Er2O3、Gd2O3和SiO2的混合物，所述共形保护层在所述至少一个表面上面具有小于300μm的基本上均匀的厚度，并且所述共形保护层具有小于所述第一平均表面粗糙度的第二平均表面粗糙度。

【技术特征摘要】
2013.07.20 US 61/856,696;2013.09.23 US 14/034,3151.一种用于处理腔室的腔室部件，包括：陶瓷主体，所述陶瓷主体具有至少一个表面，所述至少一个表面具有大约8-16微英寸的第一平均表面粗糙度；以及在所述陶瓷主体的所述至少一个表面上的共形保护层，其中，所述共形保护层包含抗等离子体稀土氧化物膜，所述抗等离子体稀土氧化物膜是从由Y4Al2O9、Er2O3、Gd2O3、YF3、Er4Al2O9、ErAlO3、Gd4Al2O9、GdAlO3、Nd4Al2O9、NdAlO3、第一陶瓷化合物和第二陶瓷化合物组成的群组中选择的，所述第一陶瓷化合物包含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固溶体的混合物，所述第二陶瓷化合物包含Y2O3、ZrO2、Er2O3、Gd2O3和SiO2的混合物，所述共形保护层在所述至少一个表面上面具有小于300μm的基本上均匀的厚度，并且所述共形保护层具有小于所述第一平均表面粗糙度的第二平均表面粗糙度。2.如权利要求1所述的腔室部件，其中，所述共形保护层基本上由Y4Al2O9和Er4Al2O9组成。3.如权利要求1所述的腔室部件，其中，所述共形保护层具有10μm-30μm的厚度。4.如权利要求1所述的腔室部件，其中，所述共形保护层基本上由Er2O3组成。5.如权利要求1所述的腔室部件，其中，所述共形保护层具有以下组分：40-45mol％的Y2O3、5-10mol％的ZrO2、35-40mol％的Er2O3、5-10mol％的Gd2O3、和5-15mol％的SiO2。6.如权利要求1所述的腔室部件，其中，所述共形保护层的孔隙度小于1％，并且其中所述共形保护层具有小于8微英寸的抛光后粗糙度。7.如权利要求1所述的腔室部件，其中，所述所述陶瓷主体是块状烧结陶瓷体，并且包含以下各项中的至少一者：Y2O3或包含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固溶体的所述第一陶瓷化合物。8.如权利要求1所述的腔室部件，其中，所述共形保护层包含共形保护层叠层，所述共形保护层叠层包含在所述至少一个表面上的第一抗等离子体的稀土氧化物膜以及在所述第一抗等离子体的稀土氧化物膜上的第二抗等离子体的稀土氧化物膜，其中，所述第一抗等离子体的稀土氧化物膜包含着色剂，所述着色剂使所述第一抗等离子体的稀土氧化物膜具有与所述第二抗等离子体的稀土氧化物膜不同的颜色。9.如权利要求1所述的腔室部件，其中，所述共形保护层基本上由YF3组成。10.一种用于处理腔室的抗等离子体腔室部件，所述抗等离子体腔室部件包括陶瓷主体以及在所述陶瓷主体的至少一个表面上的共形保护层，所述抗等离子体腔室部件已由包括以下步骤的工艺制造：提供具有大约8-16微英寸的第一平均表面粗糙度的腔室部件；执行电子束离子辅助沉积以在所述腔室部件的所述至少一个表面上沉积所述共形保护层，所述共形保护层在沉积之后具有所述第一平均表面粗糙度，其中所述共形保护层是在所述至少一个表面上面具有小于50μm的基本上均匀厚度的抗等离子体稀土氧化物膜，并且其中所述共形保护层是从由Y4Al2O9、Er2O3、Gd2O3、Nd2O3、YF3、Er4Al2O9、ErAlO3、Gd4Al2O9、GdAlO3、Nd4Al2O9、NdAlO3、第一陶瓷化合物和第二陶瓷化合物组成的群组中选择的，所述第一陶瓷化合物包含Y4Al2O9与Y2O3-ZrO2固溶体的混合物，所述第二陶瓷化合物包含Y2O3...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·Y·孙，B·P·卡农戈，V·菲鲁兹多尔，Y·张，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US