抗等離子體腐蝕的稀土氧化物基薄膜涂層的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明的實施例大體涉及具有抗等離子體的薄膜保護層的腔室部件。
【背景技術】
[0002] 在半導體產業中，器件由生產持續減小的尺寸的結構的數個制造工藝來制造。諸 如等離子體蝕刻和等離子體清潔工藝等的一些制造工藝是使基板暴露于高速等離子體流 以蝕刻或清潔基板。等離子體可能是高度腐蝕性的，并會腐蝕處理腔室和暴露于等離子體 的其他表面。
【附圖說明】
[0003] 本發明以示例方式而非限制方式來說明，在所附附圖中的各附圖中以同樣的附圖 標記指示類似的元件。應當注意，本公開中提及的"一"或"一個"實施例不一定是指同一 個實施例，并且此類提及意味著至少一個。
[0004] 圖1描繪處理腔室的一個實施例的截面視圖。
[0005] 圖2A-5描繪在一個表面上具有保護層疊層的示例制品的橫截面側視圖。
[0006] 圖6示出用于將一個或更多個保護層形成在制品上的工藝的一個實施例。
[0007] 圖7A描繪適用于利用高能粒子的各種沉積技術（諸如，離子輔助沉積（IAD))的 沉積機制。
[0008] 圖7B描繪IAD沉積設備的示意圖。
[0009] 圖8-9示出根據本發明的實施例所形成的薄膜保護層的腐蝕速率。
[0010] 圖10-11示出根據本發明的實施例所形成的薄膜保護層的粗糙度輪廓。
【具體實施方式】
[0011] 本發明的實施例提供制品，諸如，用于處理腔室的腔室部件，所述制品的一個或更 多個表面上具有薄膜保護層。保護層可具有小于約20微米的厚度，并且可提供抗等離子體 腐蝕性，以保護制品。可使用離子輔助沉積（IAD)或物理氣相沉積（PVD)將保護層形成在制 品上。薄膜保護層可用作厚膜保護層上的頂涂層，該厚膜保護層已使用例如等離子體噴涂 技術而形成。在一些實施例中，包含兩個或更多個薄膜保護層的薄膜保護層疊層形成在制 品上。在此類實施例中，每一個薄膜保護層可由IAD或PVD形成，并且厚度可以是約20微 米或更小。薄膜保護層可以是￥#1 5012、￥，12094巧03、6(1 2034^15012、6(^150 12或含￥，1209 與Y203-Zr02固體溶液的陶瓷化合物。由薄膜保護層提供的改善的抗腐蝕性可改善制品的 使用壽命，同時降低維護和制造成本。
[0012] 圖1是半導體處理腔室100的截面視圖，該處理腔室100具有一個或更多個腔室 部件，這一個或更多個腔室部件涂覆有根據本發明的實施例的薄膜保護層。處理腔室100 可用于在其中提供了腐蝕性等離子體環境的工藝。例如，處理腔室100可以是用于等離 子體蝕刻器或等離子體蝕刻反應器、等離子體清洗器等的腔室。可包括薄膜保護層的腔室 部件的示例包括基板支撐組件148、靜電卡盤（ESC) 150、環（例如，處理套環或單環）、腔 室壁、基底、氣體分配板、噴淋頭、襯層、襯層套組、屏蔽體、等離子體屏、流量均衡器、冷卻 基底、腔室視口、腔室蓋等。薄膜保護層（在下文中更詳細地描述）可包括Y 3A15012(YAG)、 Y4Al2O9(YAM)、Er203、Gd 203、Er3Al5O12(EAG)、Gd 3Al5O12(GAG)和 / 或含 Y4AI2Oe^ Y2O3-ZrO2固 體溶液的陶瓷化合物。薄膜保護層也可包括Y 2O3與Y 2〇3基陶瓷、Er 203基陶瓷、Gd 203基陶瓷 和其他稀土氧化物。
[0013] 薄膜保護層可以是應用于不同的陶瓷的IAD或PVD涂層，不同的陶瓷包括氧化物 基陶瓷、氮化物基陶瓷和碳化物基陶瓷。氧化物基陶瓷的示例包括SiO 2(石英）、A1203、Y203 等。碳化物基陶瓷的示例包括SiC、Si-SiC等。氮化物基陶瓷的示例包括A1N、SiN等。IAD 或PVD涂層靶材可以是煅燒粉末、預形成塊（例如，由生坯沖壓、熱壓等形成）、燒結體（例 如，具有50%-100%的密度）、機器加工體（例如，可以是陶瓷、金屬或金屬合金）或預熔體 (100%密度）。基板也可以是金屬基板，諸如，Al、Ti、不銹鋼或經陽極化處理的鋁基板。
[0014] 如圖所述，根據一個實施例，基板支撐組件148具有薄膜保護層136。然而，應當理 解，諸如上文中列舉的那些腔室部件之類的其他腔室部件中的任何一個也可包括薄膜保護 層。
[0015] 在一個實施例中，處理腔室100包括封閉了內部體積106的腔室體102和噴淋頭 130。噴淋頭可包括噴淋頭基底和噴淋頭氣體分配板。或者，在一些實施例中，噴淋頭130 可由蓋與噴嘴取代。腔室體102可由鋁、不銹鋼或其他合適的材料制成。腔室體102通常 包括側壁108和底部110。噴淋頭130 (或蓋和/或噴嘴）、側壁108和/或底部110中的 任一個可包括薄膜保護層。
[0016] 外襯層116可鄰近側壁108而設置以保護腔室體102。外襯層116可制有和/或 涂覆有薄膜保護層。在一個實施例中，外襯層116由氧化鋁制成。
[0017] 排氣端口 126可限定在腔室體102中，且排氣端口 126可將內部體積106耦接至 栗系統128。栗系統128可包括一個或多個栗和節流閥，用于排空并調節處理腔室100的內 部體積106內的壓力。
[0018] 噴淋頭130可支撐在腔室體102的側壁108上。噴淋頭130 (或蓋）可打開以允 許進出處理腔室100的內部體積106,并且噴淋頭130(或蓋）在關閉時可提供對處理腔室 100的密封。氣體面板158可耦接至處理腔室100,以便通過噴淋頭130或蓋與噴嘴來將工 藝和/或清潔氣體提供至內部體積106。噴淋頭130用于電介質蝕刻（對電介質材料的蝕 亥Ij)用的處理腔室。噴淋頭130包括氣體分配板（⑶P) 133,該⑶P 133具有遍及該⑶P 133 的多個氣體輸送孔132。噴淋頭130可包括粘合到鋁基底或經陽極化處理的鋁基底的⑶P 133。⑶P 133可由硅（Si)或碳化硅（SiC)制成，或可以是陶瓷，諸如，Y203、Al2O 3JAG等。
[0019] 對于用于導體蝕刻（對導電材料進行的蝕刻）的處理腔室，可使用蓋而非噴淋頭。 蓋可包括適配該蓋的中心孔的中心噴嘴。蓋可以是陶瓷，諸如A1 203、Y203、YAG或含Y4Al 2O9 與Y2O3-ZrO^體溶液的陶瓷化合物。噴嘴也可以是陶瓷，諸如Y 203、YAG或含Y4Al2O9與 Y2O3-ZrO^體溶液的陶瓷化合物。蓋、噴淋頭基底104、⑶P 133和/或噴嘴可涂覆有薄膜 保護層。
[0020] 可用于在處理腔室100中處理基板的處理氣體的示例包括：含鹵素氣體，諸如， C2F6' SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、CHF 3、CH2F3' F、NF3、Cl2、CC14、BCl3和 諸如，O2SN 20。載氣的示例包括N2、He、Ar以及不與工藝氣體作用的其他氣體（例如，非 反應氣體）。基板支撐組件148設在處理腔室100的內部體積106中的噴淋頭130或蓋下 方。在處理期間，基板支撐組件148保持基板144。環146(例如，單環）可覆蓋一部分的靜 電卡盤150,并且可在處理期間保護被覆蓋的部分免于暴露于等離子體。在一個實施例中， 環146可以是硅或石英。
[0021] 內襯層118可涂覆在基板支撐組件148的外圍上。內襯層118可以是抗含鹵素氣 體的材料，諸如，參考外襯層116所討論的那些材料。在一個實施例中，內襯層118可由與 外襯層116相同的材料制成。此外，內襯層118可涂覆有薄膜保護層。
[0022] 在一個實施例中，基板支撐組件148包括支撐基座152的裝配板162和靜電卡盤 150。靜電卡盤150進一步包括導熱基底164和靜電定位盤166,由粘合劑138將靜電定位 盤166粘合到導熱基底，在一個實施例中，粘合劑是娃酮粘合劑。在所示實施例中，靜電定 位盤166的上表面由薄膜保護層136覆蓋。在一個實施例中，薄膜保護層136設置在靜電 定位盤166的上表面上。在另一實施例中，薄膜保護層136設置在靜電卡盤150的整個被 暴露的表面上，包括導熱基底164和靜電定位盤166的外圍和側緣。裝配板162耦接至腔 室體102的底部110,并且包括用于將設施（諸如，流體、電力線、傳感器引線等）引導至導 熱基底164和靜電定位盤166的通道。
[0023] 導熱基底164和/或靜電定位盤166可包括一個或更多個任選的嵌入式加熱元件 176、嵌入式隔熱器174和/或導管168、170,以控制基板支撐組件148的側向溫度輪廓。導 管168、170可流體地耦接至流體源172,該流體源172使溫度調節流體通過導管168、170進 行循環。在一個實施例中，嵌入式隔熱器174可設置在導管168、170之間。加熱器176由 加熱器電源178來調節。導管168、170和加熱器176可用于控制導熱基底164的溫度，進 而加熱和/或冷卻靜電定位盤166和正在處理的基板（例如，晶片）144。可使用多個溫度 傳感器190、192來監測靜電定位盤166和導熱基底164的溫度，可使用控制器195來監測 溫度傳感器190、192。
[0024] 靜電定位盤166可進一步包括多個氣體通道，諸如，溝槽、臺面和其他表面特征， 氣體通道可形成于定位盤166的上表面和/或薄膜保護層136。氣體通道可經由定位盤166 中鉆出的孔來流體地耦接至熱傳遞（或背側）氣體，諸如，He。在操作中，可將以受控的壓 力提供的背側氣體提供到氣體通道中以增強靜電定位盤166與基板144之間的熱傳遞。
[0025] 靜電定位盤166包括至少一夾持電極180,夾持電極受控于夾持（chucking)電源 182。電極180 (或設置在定位盤166或基底164中的其他電極）可通過匹配電路188進一 步耦接至一個或更多個射頻（RF)電源184、186,以便維持在處理腔室100