使用等离子体火焰热处理的等离子体喷涂增强的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开的实施例总体涉及陶瓷涂覆的制品，并且涉及用于将陶瓷涂层等离子体喷 涂到腔室部件上的工艺。
【背景技术】
[0002] 在半导体工业中，通过生产愈加减小的尺寸的结构的许多制造工艺来制造器件。 诸如等离子体蚀刻和等离子体清洁工艺之类的一些制造工艺使基板暴露于等离子体的高 速流以蚀刻或清洁基板。等离子体可能是高度腐蚀性的，并且可腐蚀暴露至所述等离子体 的处理腔室和其他表面。此腐蚀可能产生颗粒，所述颗粒频繁地污染正在被处理的基板，从 而导致器件缺陷。
[0003] 随着器件的几何形状缩小，对缺陷的敏感度增加，并且颗粒污染要求变得更加严 格。因此，随着器件的几何形状缩小，可允许的颗粒污染的等级可能减小。为了使由等离 子体蚀刻和/或等离子体清洁工艺引入的颗粒污染最小化，已开发了抗等离子体的腔室材 料。不同的材料提供不同的材料特性，诸如，抗等离子体性、坚硬度、弯曲强度、抗热冲击性， 等等。此外，不同的材料具有不同的材料成本。因此，一些材料具有优良的抗等离子体性， 其他材料具有较低的成本，而另一些材料具有优良的弯曲强度和/或抗热冲击性。
【附图说明】
[0004] 在所附附图的各图中以示例方式而非限制方式说明本发明，在所附附图中，类似 的元件符号指示类似的元件。应注意的是，在本公开中对"一"或"一个"实施例的不同的 引用不一定是指相同的实施例，并且此类引用意味着至少一个实施例。
[0005] 图1描绘处理腔室的一个实施例的剖面视图。
[0006] 图2图示根据本发明的一个实施例的制造系统的示例性架构。
[0007] 图3-4描绘等离子体喷涂沉积系统的示意图。
[0008] 图5图示用于在腔室部件上形成等离子体喷涂的陶瓷涂层的工艺的一个实施例。
[0009] 图6图示由等离子体喷涂的保护层覆盖的制品的剖面侧视图，所述等离子体喷涂 的保护层具有通过等离子体火焰热处理工艺而形成的壳层。
【具体实施方式】
[0010] 本公开的实施例涉及一种用于以陶瓷涂层来涂覆制品的工艺，并且涉及对陶瓷涂 层执行等离子体火焰热处理。本文中所公开的工艺以相比常规的抗等离子体的涂层减少的 处理时间和更低的成本，为腔室部件提供改进的抗等离子体的性能。
[0011] 在一个实施例中，制品相对于等离子体喷涂系统而定位。在等离子体喷涂工艺中， 以粉末馈送速率将陶瓷粉末馈送至等离子体喷涂系统中，并且等离子体喷涂系统在制品的 至少一个表面上沉积抗等离子体的陶瓷涂层。随后，等离子体喷涂系统执行对抗等离子体 的陶瓷涂层的原位（in-Situ)等离子体火焰热处理，从而在所述抗等离子体的陶瓷涂层上 形成壳层（crust)。在一些实例中，等离子体火焰热处理比激光熔融、火花等离子体烧结和 炉热处理更优越。这些其他的热处理中的每一种由除等离子体喷涂系统之外的、用于沉积 抗等离子体的陶瓷涂层的设备执行。相应地，对于这些其他的热处理工艺，增加了前置时间 (lead time)。此外，将制品传输至用于其他热处理工艺的设备增加了污染的风险。此外， 激光熔融可能在陶瓷涂层中形成竖直的和水平的裂痕。火花等离子体烧结限于小样本尺寸 的应用。炉热处理不适用于许多类型的基板，诸如，一些金属基板、静电夹盘，等等。
[0012] 通过使用等离子体火焰热处理来热处理等离子体喷涂的陶瓷涂层，使涂层的表面 回流以在具有减小的孔隙度和裂痕的表面处形成壳层。制品的经热处理的陶瓷涂层可以是 尚度地抗等尚子体蚀刻的，并且制品可具有优良的机械特性，诸如，尚弯曲强度和尚硬度。 经涂覆的陶瓷制品的性能特性可包括高耐热性、长的使用期限以及低的晶片上颗粒及金属 污染。
[0013] 当在本文中使用术语"约"和"大约"时，这些术语旨在意味着所呈现的标称值在 ±30%内是精确的。本文中所述的制品可以是暴露于等离子体的结构，诸如，用于等离子体 蚀刻器（也称为等离子体蚀刻反应器）的腔室部件。例如，制品可以是等离子体蚀刻器、等 离子体清洁器、等离子体推进系统等的壁、基座、气体分配板、喷淋头、基板支持框、静电夹 盘、环、盖、喷嘴、面板、等离子体蚀刻器的选择性调制装置（SMD)等等。
[0014] 此外，本文中参照当在用于富等离子体的工艺的工艺腔室中使用时可导致减少的 颗粒污染的陶瓷涂覆的腔室部件和其他制品来描述多个实施例。然而，应当理解，本文中所 讨论的陶瓷涂覆的制品当在用于其他工艺的工艺腔室中使用时也可提供减少的颗粒污染， 所述用于其他工艺的工艺腔室诸如，非等离子体蚀刻器、非等离子体清洁器、化学气相沉积 (CVD)腔室、物理气相沉积（PVD)腔室，等等。此外，参照特定的抗等离子体的陶瓷来描述一 些实施例。然而，应当理解，实施例也同等地适用于除本文中所讨论的那些抗等离子体的陶 瓷之外的其他抗等离子体的陶瓷。
[0015] 图1是处理腔室100 (例如，半导体处理腔室）的剖面视图，所述处理腔室100具 有根据本发明的实施例的、以陶瓷涂层涂覆的一个或更多个腔室部件。在实施例中所描述 的陶瓷涂层是经等离子体喷涂的涂层，已使用由等离子体喷涂系统的火炬进行的等离子体 火焰热处理对所述经等离子体喷涂的涂层进行了热处理。处理腔室100可用于提供了腐蚀 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。可包括抗等离子体的陶瓷涂层的腔室部件的 示例包括基板支撑组件148、静电夹盘（ESC) 150、环（例如，工艺套环或单环）、腔室壁、基 座、气体分配板、喷淋头、衬垫、衬垫套件、护罩、等离子体屏、流量均衡器、冷却基座、腔室观 察口、腔室盖、喷嘴、工艺套件环、面板、SMD，等等。
[0016] 以下更详细地描述的抗等离子体的陶瓷涂层是通过大气压力等离子体喷涂 (APPS)工艺来沉积的稀土氧化物涂层。根据实施例，抗等离子体的陶瓷涂层可具有已由 等离子体火焰热处理工艺形成的壳层。抗等离子体的涂层可包括Y2〇3以及Y2〇 3基陶瓷、 Y3A15012 (YAG)、Α1203 (氧化铝）、Y4A1209 (YAM)、SiC (碳化硅）、Si3N4 (氮化硅）、SiN (氮化硅）、 AIN (氮化铝）、Ti02 (二氧化钛）、Zr02 (氧化锆）、TiC (碳化钛）、ZrC (碳化锆）、TiN (氮化 钛）、Y2〇3稳定的 Zr02(YSZ)、Er203以及Er20 3基陶瓷、Gd203以及Gd203基陶瓷、Er 3Al5012(EAG)、 Gd3Al5012 (GAG)、Nd203以及Nd 203基陶瓷和/或包含Y，1209与Y 203-Zr02的固溶体的陶瓷化 合物。
[0017] 抗等离子体的涂层也可基于由上述陶瓷中的任一者形成的固溶体。参照包含 Y4A1209与Y 203-2抑2的固溶体的陶瓷化合物，在一个实施例中，陶瓷化合物包括62. 93摩 尔比（mol%)的￥203、23.23111〇1%的 Zr02 以及 13.94mol%的 A1 203。在另一实施例中，陶 瓷化合物可包括在50-75mol%的范围中的Y203、在10-30mol%的范围中的Zr0 2以及在 10-30mol %的范围中的A1203。在另一实施例中，陶瓷化合物可包括在40-100mol %的范围 中的Y203、在0-60mol %的范围中的Zr02以及在0-10mol %的范围中的A1 203。在另一实施 例中，陶瓷化合物可包括在40-60mo 1 %的范围中的Y203、在30-50mo 1 %的范围中的Zr02以 及在10-20mol %的范围中的A1203。在另一实施例中，陶瓷化合物可包括在40-50mol %的范 围中的Y203、在20-40mol%的范围中的Zr02以及在20-40mol%的范围中的A1 203。在另一 实施例中，陶瓷化合物可包括在70-90mol %的范围中的Y203、在0-20mol %的范围中的Zr02以及在10-20mol %的范围中的A1203。在另一实施例中，陶瓷化合物可包括在60-80mol %的 范围中的Y2〇3、在〇-1 〇mo 1 %的范围中的Zr02以及在20-40mo 1 %的范围中的A1 203。在另一 实施例中，陶瓷化合物可包括在40-60mol %的范围中的Y203、在0-20mol