用于等离子腔室部件的抗等离子涂层制造技术

本发明专利技术公开了抗等离子涂层材料、抗等离子涂层以及在硬件部件上形成此种涂层的方法。在一个实施方式中，硬件部件是静电夹盘（ＥＳＣ），抗等离子涂层形成在该静电夹盘的表面上。抗等离子涂层利用热喷涂以外的方法形成，以提供具有优势材料性质的抗等离子涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式关于等离子体处理设备的领域，具体关于用于等离子体处理腔室部件的抗等离子涂层。
技术介绍
在装置(例如光电装置和集成电路)制造期间，利用真空等离子体处理腔室来进行等离子体处理。工艺气体流入处理腔室，同时施加电场至工艺气体，以产生工艺气体的等离子体。为降低操作成本，通过将这些部件设计为抗等离子体来延长等离子体处理腔室内暴露在处理等离子体中的部件的寿命。本位中使用的术语“抗等离子体”表示当暴露在等离子体处理腔室内所产生的等离子体处理条件下时对侵蚀和腐蚀的抵抗性。目前，抗等离子体部件由本体材料(bulk material)或通过在基材上热喷涂保护涂层来形成。图1示出了运用等离子体的惯用热喷涂法100，通常被称为等离子体喷涂。原料 101 (常为粉末、液体或线料形式)被引入高温等离子体火炬105内。物料气体120 (例如氩气、氮气、氢气、氦气)通过阴极122周围流向阳极喷嘴123。等离子体利用高压放电来启动，其在阴极122和阳极喷嘴123之间形成造成局部离子化和电弧的导电路径，因而形成物料气体120的等离子体放电。该等离子体以等离子体火炬105的形式离开阳极喷嘴123，其并不带电流(即中性等离子体)。等离子体火炬的温度约10，000K，这将原料101融化或软化为微滴(droplet) 107，并将它们推向基材110。融化的微滴107在冲击时平铺在基材110上，并快速硬化而形成涂层115，其由松饼状薄层组成，通常称为“薄片(splats)”。因为原料粒子的尺寸通常从数微米(ym)至大于100 μ m，所以薄层常拥有约1 μ m的厚度以及从数微米至大于100 μ m的横向尺寸。在个别薄层之间，存在有微小缝隙，例如孔隙、裂缝以及不完全接合的区域。
技术实现思路
本专利技术的实施方式包含抗等离子涂层材料、抗等离子涂层以及在硬件部件上形成此种涂层的方法。在特定实施方式中，硬件部件是等离子体腔室部件，其在通过离子体腔室执行处理期间暴露于等离子体。在一个这样的实施方式中，等离子体腔室部件是静电夹盘 (ESC)，而抗等离子涂层形成在该ESC表面上，例如形成在等离子体处理期间工作件在等离子体腔室内设置在其上的圆盘表面上。在一个实施方式中，抗等离子涂层包含非基材原生的陶瓷，其中，该涂层沉积在基材上并且该抗等离子涂层以使其具有低于的孔隙度的方式形成。业已发现，这种低孔隙度显著增加了该涂层的等离子体侵蚀抗性，并减少了在部件的使用寿命期间等离子体腔室内的微粒污染。在另一实施方式中，抗等离子涂层表面具有低于Iym的算术平均粗糙度 (Ra)。与惯例相反，业已发现具有这种低表面粗糙度的涂层，尤其是应用在ESC上时，显著减少了微粒污染。在另一特定实施方式中，抗等离子涂层以使其具有至少1000V/密尔的崩溃电压(breakdown voltage)的方式形成，这显著高于惯用涂层。在一个实施方式中，抗等离子涂层以使其含有钇(Y)、铱(Ir)、铑(1 )或镧系元素(例如铒(Er))的氧化物、氮化物、硼化物、碳化物、或卤化物中至少一种的方式形成。在某些实施方式中，抗等离子涂层以使其成为无定形或具有细微晶粒结构的多晶的方式形成。特定的多晶实施方式具有这样的晶体纹理，其具备非随机的、“优先”出平面 (out-of-plane)的生长方向。在一个这样的实施方式中，优先出平面生长使密度最高的晶面定位在涂层表面以面向等离子体。业已发现，原子沿着优先晶体方向堆栈会改善涂层的等离子体抗性。某些实施方式还包含设置在基材和抗等离子涂层之间的一个或多个中间层。所述中间层可包含抗等离子涂层中缺少的元素的氧化物，或是抗等离子涂层中缺少的元素的氧化物或氮化物或碳化物的组合物，例如二氧化硅和碳化硅，以提供为特定效能特性(例如漏电流)所设计的混杂涂层。实施方式还包含在如下条件下在等离子体腔室部件上形成抗等离子涂层的方法 在形成抗等离子涂层的同时或紧接抗等离子涂层形成之后使抗等离子涂层暴露于高能粒子。所述高能粒子包含离子、中子原子、自由基、和纳米尺寸粒子，它们来自粒子产生源，例如等离子体，反应性气体，或来自提供沉积材料的材料源。提供这种条件的示例性方法包含离子辅助沉积(IAD)、离子化金属等离子体(IMP)、活化反应性蒸镀(ARE)或等离子体浸没离子工艺(PIIP)。特定沉积工艺的实施方式包含卤素或氧气中的至少一种作为反应性气体物种，并且还可以包含在部件基材上沉积抗等离子涂层的同时电偏压该基材。其它实施方式包含利用纳米粒子质流沉积工艺或利用溶胶-凝胶沉积工艺在部件上形成抗等离子涂层，以得到在本文中描述的涂层组合物、结构及电气特性。附图说明本专利技术实施方式利用非限制性实施例在如下附图中进行阐述，其中图1示出了一种施加涂层至部件的惯用设备；图2示出了可在其中运用根据本专利技术一个实施方式的具有抗等离子涂层的部件的等离子体处理腔室；图3A示出了根据本专利技术一个实施方式形成在部件表面上的抗等离子涂层的剖面图；图:3B和图3C分别示出了根据本专利技术一个实施方式的抗等离子涂层的形态及抗侵蚀性；图3D和图3E分别示出了根据本专利技术另一实施方式的抗等离子涂层的形态及抗侵蚀性；图3F示出了根据图3A至图3E所示各实施方式的抗等离子涂层的电阻特性；图4A示出了根据本专利技术一个实施方式形成在部件表面上的抗等离子混杂涂层的剖面图；图4B示出了根据本专利技术一个实施方式的利用特定方法形成的抗等离子涂层的抗侵蚀性；图5A示出了根据本专利技术一个实施方式的抗等离子涂层的沉积机制；图5B示出了根据本专利技术一个实施方式的在部件上沉积抗等离子涂层的设备；图5C示出了根据本专利技术一个实施方式的在部件上沉积抗等离子涂层的设备；和图6A-6B示出了根据本专利技术实施方式的在部件上沉积抗等离子涂层的方法的流程图。详细说明本说明书通篇所提及的“一个实施方式”意指结合该实施方式所述的特定特征、结构、材料、或特性包含在本专利技术的至少一个实施方式中。因此，在本说明书通篇多处出现的短语“在一个实施方式中”并不必定指本专利技术的相同实施方式。在下面的叙述中，阐述了众多具体细节，例如制造条件及材料，以提供对本专利技术的完整理解。但是，特定实施方式可在无这些具体细节中的一个或多个的条件下实施，或合并其它已知方法、材料及设备实施。此外，所述的特定特征、结构、材料、或特性可在一个或多个实施方式中以任何适当方式组合。 还应了解具体实施方式可在不互斥的前提下组合。该等附图是说明性表示，因而不必按照比例绘制。本文中使用的短语“上方”、“下方”、“之间”、及“上”表示一个构件相对于其它构件的相对位置。同样，例如，设置在另一个构件上方或下方的一个构件可与其他构件直接接触，或者可有一个或多个居中构件。此外，设置在构件之间的一个构件可与这两个构件直接接触，或者可有一个或多个居中构件。相反的，在第二构件“上”的第一构件与该第二构件接触。此外，提供一个构件相对于其它构件的相对位置，假设操作在不考虑基材的绝对方向的条件下相对于基材执行。本专利技术实施方式包含抗等离子涂层材料、抗等离子涂层以及在硬件部件上形成这种涂层的方法。在特定实施方式中，该硬件部件是在等离子体腔室执行的等离子体处理期间暴露于等离子体的等离子体腔室部件。作为等离子体处理腔室的实例，图2标出了等离子体刻蚀系统200的剖面本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种等离子体处理腔室的部件，其包含：基材：以及抗等离子涂层，其被设置在所述基材的至少一部分上方，其中所述抗等离子涂层包含非基材原生的陶瓷，并具有低于１％的孔隙度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹尼弗·Y·孙，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：US