密封等离子处理室的氧化钇等离子喷镀涂覆部件的方法

专利名称：密封等离子处理室的氧化钇等离子喷镀涂覆部件的方法
密封等离子处理室的氧化钇等离子喷镀涂覆部件的方法本申请是申请日为2008年01月03日、申请号为200880002182. 9、名称为“延长 作为等离子室材料的氧化钇的寿命”的发明申请的分案。
背景技术：
在半导体材料处理领域，存在各种不同的用于半导体处理应用的设备，这 些应用包括等离子体的使用，如等离子蚀刻、等离子增强化学气相沉积和抗蚀剂剥除。这些 工艺所需要的设备包括用于等离子室内并且需在那个环境中运行的部件。等离子室内的环 境可能包括暴露于等离子、暴露于蚀刻剂气体以及热循环。由于在这样的处理室中工艺气 体和等离子的腐蚀特性，以及最小化室中处理的基片的颗粒和/或金属污染的要求，所以 需要这种设备的等离子暴露部件能够耐受这种气体和等离子的侵蚀和腐蚀。在一些工艺室 环境中，例如，含卤素高密度等离子蚀刻室环境，环境是高度腐蚀性的，导致多个不同室部 件受到侵蚀，包括室壁、衬垫、工艺工具套件和介电窗。而对于高密度含氟等离子蚀刻环境 特别是这样，该环境常常连同介电蚀刻工艺一起使用。

发明内容
提供一种制造等离子处理室三层部件的方法。该方法包括共同烧结双层生 坯，其中一层包括氧化铝颗粒，第二层包括氧化钇颗粒。这两层在烧结工艺期间密切接触。 在一个优选实施例中，该三层部件包括外部氧化钇层、中间YAG层和第二外部氧化铝层。优 选地，该两层在烧结工艺期间压在一起。
所产生的三层部件孔隙度非常低。优选地，该外部氧化钇层、该YAG中间层 和该第二外部氧化铝层任一个的孔隙度小于3%。在实施例中，该部件是介电窗、室壁、室衬 垫、基片支撑件、隔板、气体分配板、等离子限制环、喷嘴、紧固件、加热元件、等离子聚焦环 或卡盘。
还提供一种密封等离子处理室的氧化钇等离子喷镀涂覆部件的方法。该方 法包括通过将该密封剂刷涂在该部件所有氧化钇表面上，施加室温粘度小于50cP的液体 厌氧密封剂至该部件，湿法清洁该部件，在队环境中至少150°C下固化该湿法清洁的部件超 过2小时；以及通过重复施加第一涂层所使用的步骤将第二密封剂涂层施加于该固化的基 片。


图1示出Versys 2300 的示意图，其是一个示范性的等离子反应器，包括 具有热喷镀涂层(如氧化钇涂层)的部件。
图2a示出烧结之前氧化铝和氧化钇组成的复合物，以及图2b示出烧结之 后的该复合物。
图3示出共同烧结的TCP窗的示意性构造。
图4示出电气测试设备的示意性构造，其包括将氧化钇表面暴露于稀HCl溶液。W009]图5示出多个涂覆氧化钇的铝样片的测得电阻与暴露面积的乘积与HCl蚀 刻时间的函数的图表。
具体实施例方式
用于半导体基片(如硅晶片)的等离子处理设备包括等离子蚀刻室，其用 于半导体器件制造工艺中以蚀刻如半导体、金属和电介质这样的材料。例如，导体蚀刻室可 用来蚀刻如铝或硅材料。导体蚀刻工艺中所使用的代表性气体包括CF4和SF6，这些气体对 等离子室部件具有腐蚀作用。由于等离子蚀刻设备上氧化钇(Y2O3)的高级属性和出色性 能，所以氧化钇广泛地用作半导体蚀刻设备的表面涂层。具有氧化钇涂层的等离子室部件 表现出经过证明的在Cl基和F基高密度等离子下提高的等离子抗性。对于金属蚀刻应用， 据报道涂覆氧化钇的表面在等离子环境中表现出的耐久性是单独的高纯度陶瓷氧化铝的 十倍。在聚乙烯蚀刻应用中，氧化钇可用作非消耗室材料。使用氧化钇还避免形成AlF3，其 对于导电蚀刻应用是潜在的颗粒源。
用作室材料的氧化钇可作为等离子喷镀涂层应用于阳极氧化的铝或 者高纯度氧化铝部件，如室衬垫和介电窗。一个示范性的包括具有如氧化钇涂层的 热喷镀涂层的部件的等离子反应器为Versys 2300 蚀刻器，其可从Lam Research Corporation (Fremont, CA)获得，并且在图1中示意性示出。该反应器包括反应器室100， 其包括基片支撑件101，该支撑件包括静电卡盘102，该卡盘向基片(如半导体晶片)(未 示)提供夹紧力。该基片支撑件101通常由阳极氧化的铝组成，还可用来施加RF偏置至该 基片。该基片还可使用热传递气体(如氦气)进行背部冷却。处理气体通过位于该室100 顶部并且与气体输入105连接的气体喷射器104引入该室100。该气体喷射器104通常由 石英或陶瓷材料(如氧化铝)组成。如所示，感应线圈106可由合适的RF源(未示)供电 以提供高密度等离子。该感应线圈106通过介电窗107将RF能量耦合进室100内部。该 窗107通常由介电材料(如石英或氧化铝)组成。该窗107示为安装在环形构件108，其通 常由阳极氧化的铝组成。该环形构件108将窗107与该室100顶部隔开。通常由阳极氧化 的铝组成的隔板屏(bafflescreen) 109围绕该基片支撑件101。该室100还可包括合适的 真空泵装置(未示)，用以将该室内部保持在所需压力。
图1中，所选取的反应器部件(如该环形构件108、介电窗107、基片支撑件 101、室衬垫109、气体喷射器104和该静电卡盘102)的内部表面示为涂覆有热喷涂涂层，如 氧化钇涂层110。如图1所示，所选取的该室100的内表面和该室衬垫109下方的基片支撑 件101的内部表面也提供有热喷镀涂层(如氧化钇涂层110)。任何或者所有这些表面，以 及任何别的反应器内部表面可提供有热喷镀涂层，像氧化钇涂层。
然而，尽管热喷镀的氧化钇涂层具有低孔隙度，通常大约5%，并且可保护 该部件的下层材料不受等离子影响，但是该涂层缺少足够的完整性以阻止某些反应物的穿 透。这是因为所有热喷镀涂层的共同特征是它们的透镜状及层状细粒结构，这是由小液滴 快速固化、高速撞击冷表面而扁平化所导致的。尽管这样产生基本上牢固的覆盖，其中发生 机械连结和扩散粘合，但是还会在该氧化钇涂层中产生小的空隙、细孔、微结构以及不完全 粘合区域。差的氧化钇涂层，例如，会具有15%的开口容积。这意味着其有可能允许化学制剂穿透到该阳极氧化的铝基片。
已经发现等离子室中，等离子喷镀涂覆的氧化钇在使用后从阳极氧化的和 陶瓷的表面脱落。这些失效降低氧化钇作为高级室材料的寿命并且造成成本增加。不希望 受到理论限制，调查导致氧化钇涂层失效的四种可能的根源。应当理解这些模型仅仅是为 了说明目的以及也会存在别的模型
1.对于那些用于铝蚀刻室的部件，或具有阳极氧化的层的部件，在使用过 的蚀刻部件上可以发现的副产物会与空气中的水分子反应形成酸。例如，AlCl3，一种金属 蚀刻副产物，可与H2O反应形成氢氯酸，HCl。可能的反应如下2A1C13+3H20 = 2A1 (OH) 3+6HC1(1)因为氧化钇可具有大约5%体积的孔隙度，所以所形成的HCl会通过这些细孔穿 透该氧化钇层，以在阳极氧化的基片或陶瓷基片的例子中分别到达该氧化钇/阳极氧化层 分界面。HCl将在该分界面攻击氧化钇，导致粘合强度降低。
在阳极氧化的铝基片的例子中，HCl还通过该阳极氧化的层中的裂缝到达 铝，导致产生氢气(H2)的化学反应，这是潜在的该氧化钇涂层剥离的原因。可能的反应如 下6HC1+2A1 = 2A1C13+3H2(2)另外，所产生的氯化铝会再次与水分子反应形成额外的氢氯酸，而再次开始这个 过程。当在该阳极氧化的铝层下方产生足够的氢气，就形成气体空腔。当建立起足够的压 力，会对其上方的层造成极大的损害。就是说，形成气泡，其最终导致该阳极氧化的铝和氧 化钇层剥落或脱落。防止在氧化钇表面上形成HCl的步骤已经在共有美国申请(主体为 "Extending Storage Time Of Removed Plasma Chamber Components Prior To Cleaning Thereof)No. 11/239，396中描述，递交于9/30/05，此处完整引入作为参考。
2.在涂覆氧化钇部分的精确湿法清洁之后，如果该氧化钇涂层没有完全烘 烤，会导致不完全的水分子去除。在这种情况中，在随后的金属蚀刻工艺期间，Cl2会与残余 的水分子反应形成HC1。这个反应在该涂层下方产生热量和HC1，并且会产生许多细小的气 泡，以及该氧化钇涂层表面的剥离。
3.等离子喷镀涂覆导致与目标表面的物理粘合。喷砂工艺用来粗糙化目标 阳极氧化的或陶瓷表面，其增强该氧化钇涂层和该基片之间的粘合强度。该喷砂工艺中由 于不均勻的质量控制导致的变化，以及该目标基片在等离子喷镀涂覆之前的表面清洁也会 影响粘合强度。所以，部件制造的质量控制会影响氧化钇等离子喷镀涂层的寿命。
不考虑其机理，在存在蚀刻副产物的情况下，已经发现了表面层的脱落。考 虑到上面描述的与在等离子处理室中使用涂覆氧化钇部件有关的缺点，进行进一步的研究 以开发出包括不同的、更适合材料的部件。作为这些研究的结果，发现可使用包括可选制造 技术的部件而没有上面提到的缺点。按照优选实施例，包括共同烧结的氧化铝和氧化钇的 部件提供良好的、抑制该氧化钇保护层脱落的保护。
就其本身来说，氧化钇具有较低机械强度。例如，氧化钇的弯曲强度为140MPa，断裂韧度为1. 2MPa m1/2，这两个值都认为是不足以制造介电窗。尽管某些烧结的高 纯度氧化钇已经作为实心材料制造进室部件，如边缘环、聚焦环和衬垫，但是这样的部件并 不如所需的那样结实而且很昂贵。有利地是，高纯度氧化钇薄层可提供由上面描述的由氧 化钇提供的优点。氧化钇层可应用于高纯度氧化铝窗，其相比氧化钇具有更佳的机械属性。 例如，氧化铝的弯曲强度为350MPa，断裂韧度为4. 5MPa m"2，名义因数为对应的氧化钇的值 的2.5和3. 75倍。按照优选实施例，使用高纯度(99.7%)氧化铝作为用于RF耦合的介电 窗的基材满足了对于该介电窗具有足够机械属性的要求。
下面的详细示例描述共同烧结的工艺，应用于介电窗部件(如107)的制 造。它是说明性而非排斥性示例1 按照一个优选实施例制造陶瓷窗包括下面步骤W023]氧化铝粉末与聚合物粘结剂机加工混合在一起形成生坯。氧化钇粉末与粘 结剂类似地混合以形成第二生坯。每个坯都形成为具有平滑表面的圆盘形，并且直径至少 是所需要的最终直径。然后将这些圆盘形成大约33mm厚的高纯度氧化铝和大约5mm厚的 高纯度氧化钇双层结构。将该双层结构压在一起，作为为生坯机加工做准备的形成步骤的 一部分。可以沿该圆盘的中轴线均衡地或者单向地压该结构。在这个示例中，该陶瓷窗的 总厚度为大约1.5英寸，是所需要的介电窗的目标厚度。
然后，使用干燥工艺(如加热板)在大约100-200°C干燥该双层结构，仍然 是生坯。在这个位置，去除压力，可将该生坯机加工为所需要的形状。然后，在大气环境中， 将该生坯在窑中煅烧。或者，煅烧气体(如H2或N2)可用来取代空气。因为陶瓷材料相对 较低的耐热冲击性，所以使用较缓的温度坡度。可使用至少大约1整天(24小时)的温度 上升时间以达到大约1600°C的烧结温度。该烧结温度保持至少大约5天(120小时)，然后 开始进行缓慢的温度下降。该温度下降时间优选地与该温度上升时间相匹配，至少大约1 天(24小时)。
可选地，该均衡或单向压力还可在烧结工艺期间施加以促进更恒定的处理 结果。在这种情况下，烧结工艺有时也称为“HIP”工艺，热均衡压力的缩写。
煅烧之后，可将该生坯研磨和/或抛光，以达到所需的表面光洁度。另外， 执行检查，进行裂缝、表面磨损或表面粗糙度的检查。在检查之后，将该生坯放进等级100 的清洁室中，其中清洁掉金属污染物。清洁过程可以概括为下面的次序1.去离子(DI)水冲洗5分钟
2.利用清洁室擦拭来擦拭部件
3.利用过滤后的清洁干燥空气(CDA)吹干部件
4.利用异丙醇擦拭20-30分钟
5.将部件在丙酮中浸泡10分钟，接着利用去离子水擦拭和冲洗
6.利用过滤后的CDA吹干部件
7.在室温下将部件放在氨(29% )、过氧化氢(30% )和水按体积比(1:1:2至1 1 5)组成的溶液中30分钟。
8.去离子冲洗5分钟
9.将部件放在硝酸、HF、水按体积比(1:1: 10)的溶液中
10.擦拭表面2分钟
6
11.去离子水冲洗5-10分钟12.在室温下去离子超声波持续1小时13.使用过滤后的CDA吹干14.在烤箱中在120°C烘烤2小时在烤箱烘烤之后，使用检查工具来检查该生坯的表面颗粒，使用如来自Pentagon Technologies, Hayward 的 Qlll+surface ParticleDetector, CA。颗粒检查使用的门限设 定值为3微米，最终的读数优选地为零，或者三个颗粒或更少。那么该生坯就可用作室部 件，并且仍在该等级100清洁室中封装。
在该烧结工艺期间，该双层结构将形成三层结构，包括氧化钇和氧化铝的 固溶体(solid solution)。这个固溶体优选地是钇铝石榴石(YAG)形态，化学式为Y3Al5O12, 一种石榴石族晶体化合物。YAG形成为中间层将产生由高纯度氧化铝、YAG(铝和氧化钇固 溶体)和高纯度氧化钇层组成的三层结构。在一个示范性实施例中，开始厚度为5mm的氧 化钇和开始厚度为33mm的氧化铝产生最终厚度大约3mm的氧化钇层、最终厚度大约4mm的 YAG层和最终厚度大约31mm的氧化铝层。也就是，在煅烧期间，消耗大约2mm的氧化钇和氧 化铝来形成大约4mm厚的YAG层。
该烧结工艺的层厚度结果一个示范性的表现形式可参见图2a和2b。图2a 示出该双层氧化钇氧化铝结构，包括氧化钇层21(其中、是5mm)和氧化铝层22(其中t2 是33mm)。烧结后形成的三层结构如图2b所示，包括氧化钇层23和氧化铝层25。还能看 到形成了 YAG中间层24。在这个示例中，t3是大约3mm，t4是大约4mm和t5是大约31mm。
该最终结构优选地基本上不含孔，不管是否使用HIP步骤。因为该双层结 构形成为生坯，该烧结工艺对于所有层都产生基本上不含孔的层，即，该氧化铝、该YAG和 该氧化钇。任何层的孔隙度优选地远小于热喷镀氧化钇涂层的孔隙度(其可以为大约5% 或更多)。优选地，每个层的孔隙度小于大约3%，更优选地小于大约1%。
由于高纯度氧化铝和氧化钇具有类似的热膨胀系数以及类似的收缩速率， 所以该烧结工艺将不会向该结构引入会导致弯曲或其他不希望有的制造缺陷的应力。相比 热喷镀氧化钇涂层，该共同烧结的窗可最小化等离子蚀刻制造工艺过程中的污染颗粒，并 且提供良好的机械属性，具有较低的孔隙度以及具有提高的耐脱落性。该部件在等离子环 境中的寿命可超过热喷镀氧化钇涂覆的陶瓷部件。该烧结工艺过程中自然发生的收缩会降 低烧结的复合窗的厚度。
该部件可以是例如，介电窗，室壁，室衬垫，基片支撑件，气体分配板，等离 子限制环，喷嘴，等离子聚焦环，热边缘环或耦合环，每个可用在等离子处理设备中。按照优 选实施例制造的介电窗的一个示例在图3中示意性示出。该介电窗包括外部氧化钇层31、 中间YAG层32和氧化铝层33。以与图1的窗107相同的方向示出该窗，即就像它在蚀刻室 中通常使用的，氧化钇表面31面向下，朝向该室内部。还能看到气体喷射器34。
按照另一实施例，包括用来密封等离子喷镀或热喷镀氧化钇涂层孔隙度的 密封剂的部件还提供优良的、抑制该氧化钇保护层脱落的保护。
在一个优选实施例中，将液体密封剂施加到氧化钇涂层的表面用来消除通 过该氧化钇的允许HCl传输的路径。那么就防止HCl (氯化铝和水之间反应所形成)通过 这些细孔穿透该氧化钇层，，而在阳极氧化的基片的情况中达到该氧化钇/阳极氧化层分
7界面，或在陶瓷基片的情况中到达该氧化钇/陶瓷分界面。在阳极氧化的铝基片的情况中， 防止HCl通过阳极氧化层中的微裂缝到达铝。W034] —个示范性的密封剂是 HL 126 (Permabond，Somerset，NJ)。HL 126 密 封剂是低粘度厌氧密封剂，包含四甘醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、糖精、异 丙基苯过氧化氢和甲基丙烯酸。它能够穿过非常小的孔并且在真空下固化。未固化粘结剂 的属性包括具有25°C下20cP的粘度的液体，可比得上水的粘度。据报道该粘结剂能够填充 小到5密耳的间隙。
该HL 126 密封剂固化为交联、热固塑料，以及已经发现其在C12/BC13蚀 刻气体化学制剂下具有高等离子抗性，甚至在具有低流量钝化气体(如CF4和CHF3)的工艺 制法中。该固化的密封剂优选地基本上密封这些细孔，而延长金属蚀刻应用中等离子喷镀 涂覆部件的寿命，包括氧化钇喷镀涂覆部件。
一个开始于施加氧化钇的将密封剂施加到氧化钇涂层的示范性步骤如下 在该氧化钇涂层之前准备该基片的形态和清洁度，并且包括喷砂工艺以粗化该目标表面。 该目标表面可以是阳极氧化的材料(像铝)的阳极氧化层，或陶瓷材料的陶瓷表面。然后， 利用等离子或热喷镀涂层涂覆该目标表面。涂覆之后，清洁并且烘烤该部件。然后，施加该 液体密封剂以密封该氧化钇涂层内的孔隙、细孔、微结构和不完全粘合区域。利用干净的尼 龙刷来刷涂该密封剂，所有表面都用这个刷涂动作弄湿。在施加密封剂之后，进行最后的精 确湿法清洁。然后，通过加热到所需要的温度来准备烤箱，排出烤箱中的空气并引入N2净 化。然后，在烤箱中，在150°C持续2小时来固化该基片。
固化之后，以与该第一涂层同样的方式，应用第二密封剂涂层，以及在与该 第一固化循环相同的条件下执行另一固化循环。最后，最后检查和最后封装该部件。在第 二固化循环之后，该等离子喷镀涂覆氧化钇优选地耐受化学侵蚀，特别是HCl侵蚀。该涂层 /基片分界面处增强的对HCl侵蚀的免疫优选地导致该氧化钇层的脱落减少。使用两个液 体密封剂涂层所能够见到的性能的提升在下面的示例中得到证明示例 2
具有标准氧化钇涂层和不同密封剂经历的氧化铝窗在室温下浸没在 5衬％的HCl溶液中超过3小时。浸没之后，通过视觉检查该窗受到腐蚀的痕迹。第一个样 品，没有密封剂的窗，在HCl溶液浸没之后检查示出该氧化钇涂层几乎完全溶解。第二个样 品，具有按照类似于上面所述类型的步骤施加的单层密封剂的窗，显示出涂层的颜色变成 乳白色，说明水的吸收，但是没有显示出脱落迹象。第三个样品，其中按照上述步骤施加双 涂层密封剂，没有显示出局部颜色变化也没有脱落或腐蚀。
优选的密封剂在该等离子系统一般使用过程中保持其作为阻挡层的能力， 消除通过该氧化钇、允许腐蚀性制剂传输的路径。在等离子处理中通常使用氧等离子以保 持室清洁并提高室性能一致性。暴露于氧等离子会从氧化钇表面去除密封剂。所以，一种 密封表面的耐久性测量是在暴露于氧等离子之后的该密封剂的完整性。一种密封剂完整性 属性的测量是密封表面的电阻。就其本身来说，优选的密封剂是电绝缘的。例如，HL-126的 电阻率报道为10170hm-m，类似于熔化的石英。通过测量密封氧化钇表面的电阻，可以确定 该密封剂密封属性的测量值。
为了测试密封剂完整性，将氧化钇涂覆的铝样片暴露于氧等离子环境持续多个不同时间，然后，它们接着进行电阻测试，其包括将该氧化钇表面暴露于稀HCl溶液。 该电测试设备在图4中示意性示出。包括铝基41和氧化钇等离子喷镀涂层42的示范性样 片保持为该氧化钇涂覆表面43面向上。容器壁44安装在该上部氧化钇涂覆表面43上，配 置为稀HCl溶液45可容纳在该容器壁44内。一个引线46导电连接到该样片的铝基41，而 另一引线47浸入导电溶液45。使用欧姆表48测量这两个引线之间作为时间函数的电阻。
预期该氧化钇的电阻是暴露于溶液的氧化钇面积的函数。类似于导线，暴 露于溶液的横截面积越大，电阻越低。因此，假定测得电阻是与电阻和电阻率相关的标准方 程式函数R=p L/A,(3)其中R是电阻，P是电阻率，L是长度，A是面积。该电测量装置布置为测量电阻， 期望其当乘以该暴露面积时(RA)表示该材料属性的乘积，PL。在这个电测量装置的例子 中，该暴露面积是容器壁44内液体面积。因此，希望测得电阻和暴露面积的乘积与HCl蚀 刻时间函数的曲线表示电阻率和长度比时间的曲线。
该多个不同样片每个的这种曲线在图5中示出。该图表示出共八个样片的 测量值，其中一个曲线与一个样片相关联。这八个测量值中，第二个51来自没有密封剂的 样片，第六个52来自在该氧化钇表面具有密封剂的样片。图5示出的图例表明每个样片在 电测试之前受到的暴露于氧等离子的程度。例如，RA比时间数据通过实心菱形53标识的 样片在HCl中进行电阻测试之前接受了 90分钟的氧等离子暴露。由实心三角形、矩形和圆 形(基本上重叠)55标识其数据的样片接受10-20小时氧等离子暴露，以及由十字和X54 标识的样片在HCl中进行电阻测试之前接受40小时的氧等离子暴露。大体上可以看出，在 HCl中进行电阻测试之前，暴露于氧等离子越长，产生的样片RA越低。例如，暴露于等离子 40小时的样片将到达与暴露90分钟的样片同样的RA乘积所需的时间减少大约1200秒。
从图5可进一步看出未密封样片51的RA比密封样片的RA开始时更低并 且下落更早。暴露于该HCl溶液大约20分钟(1200秒)，未密封样片的RA接近零。在全 部电测试持续期间但是在涂层电阻降低到零之前的整个过程中，该涂覆样片的RA保持为 至少是未涂覆样片RA的10倍。甚至在暴露于氧等离子40小时之后，密封剂的样片表现出 的RA大于密封剂的样片51 (实心三角形和虚线)的RA的十倍，即使不带密封剂的样片没 有暴露于氧等离子。
不想受到理论限制，该数据暗示密封剂深深地穿透该氧化钇涂层内的开口 容积。已知在存在稀HCl的情况下会蚀刻该氧化钇。电阻降到零附近表明该氧化钇被完全 蚀刻掉，而留下铝与该导电HCl溶液直接接触。从图5可以看出涂覆和非涂覆样片的RA关 于时间的斜率是类似的。因为在图4的电路中，该氧化钇涂层提供了大部分电阻，相似的斜 率表明两个膜的蚀刻速率相似。随着该氧化钇厚度降低，RA将正比例地降低，因为它预期 等于P L。假设蚀刻速率能够合理地假设为恒定，这就与显而易见的测量电阻线性降低是一 致的。
电阻曲线还与该密封剂渗入该氧化钇层的深度一致。所观察到的、对应在 HCl中电阻测试之前暴露于氧等离子更长的样片的RA的降低暗示继续暴露于氧等离子将 持续从该氧化钇开口区域去除密封剂。显然，从该复合氧化钇表面去除密封剂导致暴露更 多的下层密封剂。越多密封层暴露于氧等离子，就去除越多密封剂，并且该层的电阻率就越
9低。此外，密封样片的RA曲线的斜率表现出从头到尾明显地逐渐变化。如果该密封剂没有 渗入整个氧化钇层，那么随着由于该密封剂的存在而增加的电阻率在整个氧化钇层被蚀刻 掉之前消除，可以预见斜率会有突然的改变。所以，RA曲线的形状暗示该密封剂有效地渗 透整个氧化钇层到达该氧化钇/Al分界面。
进一步预期在一般使用下的密封剂寿命将大于图5中暗示的数据，因为聚 合物沉积使用中一般预期在内部室表面上。由于氧等离子也会与这个聚合物沉积反应，存 在聚合物沉积的预期效果是减少该密封剂暴露于等离子。
在一个优选实施例中，使用该密封剂导致极少或者没有工艺转变，即检测 不出使用该密封剂的例子与不使用该密封剂的例子的工艺成功指标之间的差别。提供多个 示范性工艺指标测试。在一个这样的测试中，在其上表面具有氧化物层的半导体晶片在等 离子处理室中蚀刻，用于其中该室中的RF介电窗利用上面所讨论类型的密封剂密封的例 子，还用于该窗没有密封的例子。测量这两个例子的电介质蚀刻速率。在该工艺在具有未 密封窗的室中进行的情况下，得到最终厚度555人的电介质剩余，3 ο厚度变化为31.0%， 与之相比，该工艺在具有密封窗的室中进行时，得到最终厚度521人的电介质剩余，3 σ厚 度变化为31.8%。在光刻胶蚀刻对比中，该工艺在具有密封窗的室中进行时，灰化后得到最 终厚度2049人的光刻胶剩余，3 ο厚度变化为10.6%，与之相比，在该工艺在具有未密封窗 的室中进行的情况下，灰化后得到最终厚度2030人的光刻胶剩余，3 σ厚度变化为10. 9%。 这些结果暗示可直接归因于单独作为转变原因的该密封剂的工艺转变没有发生。
也不认为由于存在该密封剂会向该室内引入杂质。使用电感耦合等离子质 量光谱测定法(ICP-MS)执行HL-126中杂质浓度。HL-126中测得的杂质可在下表中找到。表1
元素密封剂(ppm)
铁(Fe)0. 017
钙0. 060
铜(Cu)0. 018
铬(Cr)0. 048
钴(Co)< 0. 001
镁(Mg)0. 054
钼(Mo)< 0. 005
镍(Ni)0. 007
钾⑷0. 051
钠(Na)57. 0
锡(Sn)70. 0
钛(Ti)80. 0
锌(Zn)0. 23
预期这个杂质等级不会导致在晶片或基
基片在包括密封的部件的室中经过等离子工艺，暗示可直接归因于单独作为转变原因的该 密封剂的工艺转变不会发生。
另一工艺成功指标是产生颗粒程度的测量值。在等离子室中使用具有密封
10剂的部件导致的颗粒引入通过使用设计为对比等离子工艺期间产生的颗粒的工艺制法来 检测。该颗粒制法包括使用Cl2、HBr和N2组成的工艺气体，以及卡盘温度为45°C，应用在 裸露的硅晶片上持续20秒。由于该工艺增加的颗粒通过测量处理前后晶片上的颗粒数量 来确定，使用Tencor SP-I非图案化表面颗粒检测工具(KLA-Tencor，San Jose, CA)，检测 极限为0. 12 μ m。
在等离子处理中，为该室中的RF介电窗利用上面所讨论类型的密封剂密 封的情况进行该工艺，还为该窗没有密封的情况进行该工艺。对于标准窗的情况，颗粒增加 数目测得为35，而对于密封的窗的情况，这个增加数目为48。这个增加量的测量差认为是 不显著的，因此提供了支持两种情况之间工艺性能相等的证据。这些结果暗示可直接归因 于单独作为转变原因的该密封剂的工艺转变没有发生。
尽管本发明参照其具体实施例描述，但是对于本领域技术人员来说，显然， 在不背离所附权利要求的范围情况下，可进行各种不同的改变和修改。
权利要求
1.一种密封等离子处理室的氧化钇等离子喷镀涂覆部件的方法，该方法包括；a)施加室温粘度小于50cP的液体厌氧密封剂到该部件的全部氧化钇层表面；b)湿法清洁该部件；c)在N2环境中至少150°C下固化该湿法清洁的部件超过2小时；以及，d)以及通过重复a)到c)的步骤将第二液体厌氧密封剂施加于该固化的基片。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该密封剂包含四甘醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯 酸2-羟基乙酯、糖精、异丙基苯过氧化氢和甲基丙烯酸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中每个密封的氧化钇等离子喷镀涂覆层的电阻率大 于每个未密封层电阻率的十倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其中该密封剂有效渗透整个氧化钇层。
5.一种等离子处理方法，包括在等离子处理室中处理半导体基片，该室包括根据权利 要求1所述的方法密封的氧化钇等离子喷镀涂覆部件。
全文摘要
提供密封等离子处理室的氧化钇等离子喷镀涂覆部件的方法。一种方法包括a)施加室温粘度小于50cP的液体厌氧密封剂到该部件的全部氧化钇层表面；b)湿法清洁该部件；c)在N2环境中至少150℃下固化该湿法清洁的部件超过2小时；以及，d)以及通过重复a)到c)的步骤将第二液体厌氧密封剂施加于该固化的基片。
文档编号H01J9/24GK102005352SQ20101052184
公开日2011年4月6日 申请日期2008年1月3日 优先权日2007年1月11日
发明者刘身健, 杜安·奥特卡, 石洪, 约翰·多尔蒂 申请人:朗姆研究公司