专利名称：延长作为等离子室材料的氧化钇的寿命的制作方法
延长作为等离子室材料的氧化钇的寿命
背景技术：
在半导体材冲+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4吏用，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4曼蚀，包4舌室壁、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4吏用。
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 4乙颗粒。这两层在烧结工艺期间密切4姿触。在一个优选实施例中， 该三层部件包括外部氧化4乙层、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、室村垫、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。还才是供一种密封等离子处理室的氧化4乙等离子喷镀涂覆 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 230()tm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確乙组成的复合物，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HC1溶液。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HC1蚀刻时间的函#: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并牛。例如，导体蚀刻室可用来蚀刻如铝或石圭材泮+。 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(Y203 )
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4乙涂层的等离子室部件表现出经过证明的在C1 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A1F3，其对于导电蚀刻应用 是潜在的颗粒源。用作室材并+的氧化钇可作为等离子喷4度涂层应用于阳极 氧化的铝或者高纯度氧化铝部件，如室坤于垫和介电窗。 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顶烛刻器，其可从Lam Research Corporation ( Fremont, CA)获得，并且在图l中示意性示出。该反应器包括反应器室IOO， 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4亍背部冷却。处理气体通过位于该室IOO 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冲+ (如氧化铝)組成。如所示， 感应线圈106可由合适的RF源(未示)供电以^是供高密度等离子。 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 通常由介电材并牛(如石英或氧化铝)组成。该窗107示为安装在环 形构件108，其通常由阳才及氧化的铝组成。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(baffle screen) 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^隻有热喷涂涂层，如氧化4乙涂层110。如图 l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的内部表面也才是供有热喷镀涂层(如氧化4乙涂层110)。 4壬何 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，i"象氧化4。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、樣t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，A1C13， 一种金属蚀刻副产物，可与H20反 应形成氬氯酸，HC1。可能的反应如下
2A1C13+3H20=2A1 ( OH ) 3+6HCl ( 1 )因为氧化钇可具有大约5%体积的孔隙度，所以所形成的HC1 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乾基片 的例子中分别到达该氧化钇/卩日极氧化层分界面。HC1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，HC1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
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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。当在该阳才及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 成才及大的损害。就是il，形成气泡，其最终导致该阳一及氧化的铝和 氧化钇层剥落或脱落。防止在氧化钇表面上形成HC1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HCl,并且会产生许多细小的气 泡，以及该氧4匕4乙涂层表面的剥离。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匀的质量控制导致 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。4.在湿法清洁期间，使用高超声波功率密度和高压水冲 洗会提高脱落。湿法清洁之后，干燥部件表面的技术，如高压空气 流或大量的酸擦4式也可能导致该氧化4乙涂层脱落。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4乙的部件提供良好的、抑制该氧化4乙保护层脱 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 ^乙的弯曲强度为140MPa,断裂韧度为1.2MPam"2,这两个值都认为 是不足以制造介电窗。尽管某些烧结的高純度氧化4乙已经作为实心 材料制造进室部件，如边纟彖环、聚焦环和衬垫，^f旦是这样的部件并 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才几械属性。例如，氧化铝的弯 曲强度为350MPa，断裂韧度为4.5MPam"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: 4安照一个伊二选实施例制造陶覺窗包4舌下面步艰《氧化铝粉末与聚合物粘结剂4几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4乙双层结构。将该双层结构压在一起，作为为生坯才几加 工做准备的形成步骤的一部分。可以沿该圆盘的中轴线均4軒地或者 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 较低的耐热沖击性，所以使用较緩的温度坡度。可使用至少大约l 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)，然后开始进行緩慢的温度 下降。该温度下降时间伊乙选i也与该温度上升时间相匹配，至少大约 l天(24小时)。可选i也，该均tf或单向压力还可在》克结工艺期间施加以 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tt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 斗企查。在4全查之后，将该生坯;改进等级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. 利用异丙醇寺察冬戈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沖洗
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. 去离子沖洗5分钟
9. 将部件》丈在硝酸、HF、水4安体积比(1:1:10)的溶液中
10. 擦拭表面2分钟
11. 去离子水沖洗5-10分钟
12. 在室温下去离子超声波持续1小时 13/f吏用过滤后的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4全查工具来4企查该生坯的表面颗粒，侦: 用^口来自Pentagon Technologies, Hayward的QIII十surface Particle Detector, CA。颗粒检查使用的门限设定值为3微米，最终的读数优选i也为零，或者三个颗4立或更少。那么该生坯就可用作室部件，并 且仍在该等级10 0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4吕的固溶体(solid solution )。这个固溶体优选地是钇 铝石榴石(YAG)形态，化学式为丫3八15012， 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"fb確乙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《乙氧化铝结构，包括氧化4乙层21(其 中t,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4乙层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， ti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？ 1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4舌外部fU匕確乙 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1象它在蚀刻室中通常〗吏用的，氧4匕4乙表面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HC1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4乙层，， 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孩i裂缝到达铝。—个示范性的密去J"剂是HL 126TM(Permabond， Somerset, NJ)。 HL 126TM密封剂是低粘度厌氧密封剂，包含四甘醇二甲基丙 烯酸酯、曱基丙烯酸2-羟基乙酯、糖精、异丙基苯过氧化氢和曱基 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 净艮道该粘结剂能够填充小到5密耳的间隙。该HL 126TM密封剂固化为交联、热固塑料，以及已经发 现其在CyBCl3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。—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4且化该目标表面。该目标表面可以是阳^L 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15(TC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，最后片全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HC1侵蚀。该 涂层/基片分界面处增强的对HC1侵蚀的免疫优选地导致该氧化羊乙 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i正明
示例2:
具有标准氧化4乙涂层和不同密封剂经历的氧化铝窗在室 温下浸没在5wt。/。的HCl溶液中超过3小时。浸没之后，通过^L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HC1溶 液浸没之后4企查示出该氧化4乙涂层几乎完全溶解。第二个样品，具 有4要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，i兌明水的吸收，^f旦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〗匕也没有脱落或腐蚀。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i 各径。 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的电阻率才艮道为 1017Ohm-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4妾着进4亍电阻测试， 其包括将该氧化钇表面暴露于稀HC1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HC1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？ 1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=pL/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HC1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HC1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10-20d、时氧等离子暴露，以及由十字和X 54标识的 样片在HC1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HC1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。乂人图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HC1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^f旦是在涂层 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 (实心三角形和虛线)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HC1的情况下会蚀刻该氧化 4乙。电阻降到零附近表明该氧化4乙净皮完全蚀刻4卓，而留下铝与该导 电HC1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3各中，该氧化4乙涂层提供了 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pL。假设蚀刻 速率能够合理地^i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4乙层的深度一致。所 观察到的、对应在HC1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， 那么随着由于该密去i"剂的存在而增加的电阻率在整个氧化钇层寻皮 蚀刻4皁之前消除，可以预见4牛率会有突然的改变。所以，RA曲线的 形状暗示该密封剂有效地渗透整个氧化4乙层到达该氧化4乙/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 示的凄i据，因为聚合物沉积4吏用中一4殳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4全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555A的电介质剩余，30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52lA的电 介质剩余，3cy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2049A的光刻胶剩 余，3cj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2030A的光刻力交剩余，3cj 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镨测定法(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l:
元素 密封剂(ppm)
铁(Fe) 0.017
4丐 0.060
铜(Cu) 0.018铬(Cr) 0.048
钴(Co) <0適 '
镁(Mg ) 0.054
钼(Mo) <0馬
镍(Ni) 0.007
钾(K) 0.051
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片上出现可检测到的 杂质水平，该晶片或基片在包括密封的部件的室中经过等离子工 艺，暗示可直4妻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4企测。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#果 露的vf圭晶片上持续20秒。由于该工艺增加的颗并立通过测量处理前后晶片上的颗粒数量来确定，使用Tencor SP-I非图案化表面颗粒才全测 工具(KLA-Tencor, SanJose， CA),才企测才及限为0.12^im。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ft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
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i兌，显然，在不背离所附4又利要求的范围情况下，可进行 各种不同的改变和-f资改。
权利要求
1.一种制作等离子处理室的三层部件的方法，包括a.通过如下方式形成双层生坯i.将第一层和第二层压在一起ii.将压在一起的层机加工到所需的尺寸；其中该第一层包括氧化铝颗粒和该第二层包括氧化钇颗粒；和b.共同烧结该双层生坯，其中该第一层和该第二层在该烧结工艺期间密切接触；以便形成三层部件，包括邻近中间层的外部氧化铝层，该中间层包括氧化钇和氧化铝的固溶体并邻近第二外部氧化钇层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中该中间层包括YAG,该第 一层包括氧化铝陶瓷片和该第二层包括氧化钇陶瓷片。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中该外部氧化钇层、该中间层 和该外部氧化铝层任何一个的孔隙度小于3%。
4. 才艮据^K利要求1所述的方法，其中该外部氧化4乙层、该中间层 和该外部氧化铝层4壬4可一个的孔隙度小于1%。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中该第一层和第二层在共同烧 结工艺期间均#^也热压在一起。
6. 4艮据冲又利要求1所述的方法，其中该生坯的该第一层和该第二 层为圆盘形，具有平滑表面且直径至少是所需的最终直径，其 中该生坯基本上由该第一和第二层组成。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中该三层部件形成介电RF传输窗。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中该生坯的该第 一层的厚度从 大约20mm至大约40mm,该生坯的该第二层的厚度/人大约 lmm至大约9mm。
9. 根据权利要求7所述的方法，其中该三层部件的外部氧化钇层 的厚度从大约lmm至大约5mm,该三层部件的该中间层厚度 从大约2mm至大约6mm，该三层部件的该外部氧化铝层的厚 度/人大约15mm至大约45mm。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中该三层部件选自等离子处理 设备的室壁、室衬垫、基片支撑件、隔板、气体分配板、等离 子限制环、喷嘴、等离子聚焦环、热边缘环、耦合环、卡盘、 紧固4牛和/或加热元件。
11. 一种安装等离子处理室的部件的方法，包括从该室内取出部件 并且用按照根据权利要求1所述的方法制造的部件替换，其中 该部件这样安装，即当该室运行以创建等离子环境时，该第二 外部氧化4乙层至少一个表面暴露于该等离子环境。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中该等离子处理室是导体蚀刻室。
13. 根据权利要求11所述的方法，其中该三层部件相比于热喷镀 氧化4乙涂层具有^是高的耐脱落性。
14. 一种等离子处理半导体基片的方法，其包4舌在—又利要求11的 该等离子处理室中处理该基片。
15. —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4牛；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。
16. 根据权利要求13所述的方法，其中该密封剂包含四甘醇二曱 基丙烯酸酯、曱基丙烯酸2-羟基乙酯、糖精、异丙基苯过氧 化氢和甲基丙烯酸。
17. 根据权利要求15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十4咅。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中该密封剂有效渗透整个氧 化4乙层。
19. 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15所述的方法密封的氧化4乙等离 子喷镀^余^1部件。
全文摘要
提供两种延长作为等离子室材料的氧化钇的寿命的方法。一种方法包括共同烧结双层生坯制造等离子处理室的三层部件，其中。一层包括陶瓷颗粒，第二层包括氧化钇颗粒。该两层在烧结工艺期间密切接触。在优选的实施方式中，该三层部件包括外部氧化钇层，YAG中间层和第二外部氧化铝层。可选地，这些圆盘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％。第二种方法包括通过施加室温粘度小于50cP的液体厌氧密封剂而密封氧化钇等离子喷镀涂覆部件，通过将该密封剂刷涂在该部件所有氧化钇表面上，湿法清洁该部件，在N<sub>2</sub>环境中至少150℃下固化该湿法清洁的部件超过2小时；以及通过重复施加该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。
文档编号H01L21/205GK101589455SQ200880002182
公开日2009年11月25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, 洪 石, 约翰·多尔蒂 申请人:朗姆研究公司