稀土氧化物的顶部涂层的离子辅助沉积的制作方法_4

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于在腔室部件上的应用具有性能益处。此外,可在不首先使主体305的上表面粗糖化 或执行其他耗时的表面制备步骤的情况下来沉积IAD或PVD沉积的保护层308。由于使主 体粗糖化的步骤可降低主体305的击穿电压,因此能够在不首先使主体305粗糖化的情况 下来施加薄膜保护层308对于一些应用(例如,对于静电夹盘)可W是有益的。 阳076] 图3B图示制品350的剖面侧视图,所述制品350具有由薄膜保护层358覆盖的主 体355。如图所示,主体355可W是缺乏特征的。在一个实施例中,在沉积薄膜保护层358 之前,抛光主体355。与在主体355中具有特征不同,特征可形成在薄膜保护层358中。例 如,可对薄膜保护层358掩模,并且随后蚀刻或珠击所述薄膜保护层358W去除薄膜保护层 358的未经掩模的部分。也可通过对基板掩模且随后施加薄涂层来形成特征。形成的特征 可包括台面、通道、密封环、被暴露的接合线(例如,喷淋头的接合线)等。此外,可例如通 过激光钻孔W在薄膜保护层中钻出孔。如果将在薄膜保护层358中形成特征,则薄膜保护 层优选地应当具有足够大W容纳特征的厚度。例如,如果将在薄膜保护层中形成12ym的 厚度,则薄膜保护层358应当具有大于12ym的厚度。在其他实施例中,可在主体355中形 成一些特征,并且可在薄膜保护层358中形成其他特征。 阳077] 图4A图示制品400的一个实施例的剖面侧视图,所述制品400具有涂覆所述主 体405的至少一个表面的厚保护层410和薄膜保护层415。厚保护层410可W是YsAlgOlz、Y4AI2O9或包含Y4AI2O9与Y2〇3-Zr〇2固溶体的陶瓷化合物。其他抗等离子体的陶瓷也可用于 厚保护层410。
[0078] 厚保护层410可W是厚膜保护层,所述厚膜保护层可W是已被热喷涂(例如,被等 离子体喷涂)到主体405上。可在将厚膜保护层等离子体喷涂到主体405的上表面上之 前,使所述主体405的上表面粗糖化。可例如通过珠击主体405来执行粗糖化操作。使主 体的上表面粗糖化可提供定错点(anchorpoint),W便在等离子体喷涂的厚膜保护层与主 体405间产生机械接合W实现更好的附着。在一些实施例中,厚膜保护层可具有高达约200 微米或更厚的涂覆后厚度,并且所述厚膜保护层可被磨薄至约50微米的最终厚度。等离子 体喷涂的厚膜保护层可具有约2% -4%的孔隙度。
[00巧]或者,厚保护层410可W是已接合至主体405的块状烧结陶瓷。厚保护层410可 例如提供作为具有约200微米的厚度的薄陶瓷晶片。
[0080] 可使用IAD或PVD,在厚保护层410上方施加薄膜保护层415。薄膜保护层415可 充当顶部涂层,并且可充当抗侵蚀阻挡层并密封厚保护层410的被暴露的表面(例如,密封 厚保护层410的固有的表面裂痕和孔隙)。
[0081] 图4B图不制品420的一个实施例的询J面侧视图,所述制品420具有沉积在所述制 品420的主体425上方的薄膜保护层叠层438。薄膜保护层叠层438中的每一个薄膜保护 层430、435可W是上述陶瓷材料中的一种。在一个实施例中,相同的陶瓷材料不用于两个 相邻的薄膜保护层。然而,在另一实施例中,相邻的层可由相同的陶瓷组成。
[0082] 图4C图示制品440的又一实施例的剖面侧视图,所述制品440具有厚保护层450 W及沉积在所述厚保护层450上方的薄膜保护层叠层470。
[0083] 薄膜保护层叠层(例如,示出的那些)可具有任何数量的薄膜保护层。叠层中的 薄膜保护层可全都具相同的厚度,或者可具有不同的厚度。薄膜保护层中的每一个层可具 有小于约20微米的厚度,并且在一些实施例中,可具有小于约10微米的厚度。在一个示例 中,第一层430可具有4微米的厚度,而第二层435可具有1微米的厚度。如果第一层是非 晶的且第二层是结晶的,则此类双层式架构可降低破裂的概率,同时提供增强的抗侵蚀性。 在另一示例中,第一层455可W是具有2微米厚度的YAG层,第二层460可W是具有1微米 厚度的化合物陶瓷层,而第=层465可W是具有1微米厚度的YAG层。
[0084] 对将使用的陶瓷层的数量W及陶瓷层的组分的选择可基于所需的应用和/或正 在被涂覆的制品的类型。由IAD和PVD形成的EAG和YAG薄膜保护层通常具有非晶结构。 相比之下,IAD和PVD沉积的化合物陶瓷和化2〇3层通常具有结晶或纳米结晶结构。结晶和 纳米结晶陶瓷层通常可W比非晶陶瓷层更抗侵蚀。然而,在一些实例中,具有结晶结构或纳 米结晶结构的薄膜陶瓷层可能经受偶发的竖直裂痕(大致在膜厚度的方向上且大致垂直 于经涂覆的表面而行进的裂痕)。此类竖直裂痕可能由晶格失配导致,并且可能是等离子 体化学品的攻击点。每当加热和冷却制品时,薄膜保护层与所述薄膜保护层涂覆的基板之 间的热膨胀系数的失配将在薄膜保护层上造成应力。此类应力会集中在竖直裂痕处。运可 能导致薄膜保护层最终从所述薄膜保护层涂覆的基板上剥离。相比之下,如果没有竖直裂 痕,则应力跨薄膜各处大致均匀地分布。因此,在一个实施例中,薄膜保护层叠层438中的 第一层430是非晶陶瓷(诸如,YAG或EAG),而薄膜保护层叠层438中的第二层435是结晶 或纳米结晶陶瓷(诸如,陶瓷化合物或化2〇3)。在此类实施例中,第二层435可提供比第一 层430更强的抗等离子体性。通过在第一层430上方而不是直接在主体425上方形成第二 层435,第一层430可充当缓冲W使后续层上的晶格失配最小化。由此,可增加第二层435 的寿命。 阳0化]在另一示例中,主体、Y3AI5O12灯AG)、Y4AI2O9、化2化、Gd2〇3、化3AI5O12、GCI3AI5O12W及 包含Y4Al2〇e与Y2〇3-Zr〇2固溶体的陶瓷化合物中的每一个都可具有不同的热膨胀系数。两 个相邻的材料的热膨胀系数的失配越大,那些材料中的一种材料最终将破裂、剥离或失去 它对其他材料的接合的可能性就越大。能W使相邻的层之间(或层与主体425、445之间) 的热膨胀系数的失配最小化的方式来形成保护层叠层438、470。例如,厚保护层450可W是 氧化侣,并且EAG可具有最接近氧化侣的热膨胀系数的热膨胀系数,其次为YAG的热膨胀系 数,然后为化合物陶瓷的热膨胀系数。因此,在一个实施例中,第一层455可W是EAG,第二 层460可W是YAG,而第=层465可W是化合物陶瓷。
[0086] 在又一示例中,保护层叠层470中的多个层可W是两种的不同陶瓷的交替层。例 如,第一层455和第=层465可W是YAG,第二层460和第四层(未示出)可W是化合物陶 瓷。在用于交替层中的一种材料是非晶的且用于交替层的另一种材料是结晶或纳米结晶的 情况下,此类交替层可提供与上述那些优点类似的优点。
[0087] 在一些实施例中,薄膜保护层叠层438、470中的一个或更多个层是使用热处理而 形成的过渡层。如果主体425、445是陶瓷主体,则可执行高溫热处理W促进薄膜保护层与 主体之间的相互扩散。此外,可执行热处理W促进相邻的薄膜保护层之间或厚保护层与薄 膜保护层之间的相互扩散。值得注意的是,过渡层可W是非多孔层。过渡层可充当两种陶 瓷之间的扩散接合,并且可改善相邻的陶瓷之间的附着。此有助于防止保护层在等离子体 处理期间破裂、剥离或剥落。
[0088] 热处理可W是在高达约1400°C -1600°C下到多达约24小时(例如,在一实施例 中为3-6小时)的热处理。运可在第一薄膜保护层与相邻的陶瓷主体、厚保护层或第二薄 膜保护中的一者或更多种者之层间形成相互扩散层。如果陶瓷主体是Al2〇3并且保护层 由Y4Al2〇g灯AM)与Yz-XZrA的固溶体(Y2〇3-Zr〇2固溶体)的化合物陶瓷组成,则将形成 Y3AI5O12灯AG)界面层。类似地,热处理将使EAG过渡层在化2〇3与Al 2〇3之间形成。热处理 还可使YAG过渡层在Y203与Al 2〇3之间形成。热处理还可使GAG过渡层在Gd 2〇3与Al 2〇3之 间形成。对Al2〇3上方的氧化锭稳定的氧化错灯SZ)的热处理可形成Y4AI2O9灯AM)与固溶 体Y2-xZry〇3的化合物陶瓷的过渡层。其他过渡层也可形成在其他相邻的陶瓷之间。
[0089] 在一个实施例中,可在第一保护层308、408的沉积期间添加着色剂。因此,当第二 保护层310、410磨损时,可提供操作员适时再磨光或更换盖或喷嘴的目视指标。
[0090] 图5图示具有空屯、圆柱形主体505的腔室衬层500。在一个实施例中,空屯、圆柱形 主体505可W是侣或侣合金。空屯、圆柱形主体505具有等离子体喷涂的锭基抗等离子体的 层510,所述层510涂覆主体505的内表面。等离子体喷涂的锭基抗等离子体的层510可能 具有许多裂痕和孔隙。例如,在一个实施例中,等离子体喷涂的锭基抗等离子体的层510可 具有约2% -4%的孔隙度。腔室衬层500进一步包括涂覆了等离子体喷涂的锭基抗等离子 体的层510的薄膜保护层515。薄膜保护层515可由抗等离子体的稀±氧化物(诸如,上文 中讨论的那些抗等离子体的稀±氧化物)组成。薄膜保护层515可W是共形且致密的,并 且具有小于1%的孔隙度。在一个实施例中,孔隙度实际为0% (例如,小于0.1%)。薄膜 保护层515可密封等离子体喷涂的锭基抗等离子体的层510的裂痕和孔隙。
[0091] 腔室衬层500具有第一侧520和第二侧525。可由IAD或PVDW多遍来沉积薄膜 保护层515。在一个实施例中,在沉积工艺期间,祀材材料和电子束枪管最初定位在第一侧 520。可在工艺期间转动腔室衬层500W涂覆腔室衬层500的内表面中的一些或全部。腔 室衬层500中更靠近第一侧520的区域可更靠近祀材材料和枪管,并且由此相比远离所述 第一侧的区域,可接收更厚的沉积的薄膜保护层515。相应地,在沉积工艺的第二部分期间, 腔室衬层500可重新定位,使得祀材材料和电子束枪管定位在腔室衬层500的第二侧525 处。运可确保腔室衬层的内表面的所有区域都接收相对均匀的涂层。
[0092] 腔室衬层500的一些位置可能比其他区域更易受侵蚀。在一个实施例中,在薄膜 保护层515的沉积之前,对腔室衬层500掩模。掩模可覆盖较不易受侵蚀的区域并暴露出 较易受侵蚀的区域。因此,所沉积的薄膜保护层515可覆盖经历较高的侵蚀速率的区域而 不覆盖经历较低的侵蚀速率的区域。
[0093] 图6图示用于在制品(诸如,腔室部件)的主体上方形成薄膜保护层的工艺600 的一个实施例。在工艺600的框605处,提供制品。在框610处,作出是否将厚膜保护层沉 积到制品上的判定。如果将形成厚膜保护层,则方法进行到框615。否则,方法继续进行到 框 620。
[0094] 在框615处,执行热喷涂工艺(例如,等离子体喷涂工艺)W将厚膜保护层沉积到 制品上。在一些实施例中,在执行热喷涂工艺之前,使制品的主体粗糖化。厚膜保护层可W 是任何抗等离子体的陶瓷。厚膜保护层的一些示例包括YsAlfAz、Y4AI2化、Y203、YSZ或包含 Y4Al2〇e与Y2〇3-Zr〇2固溶体的陶瓷化合物。在形成了厚膜保护层之后,对于一些应用,在厚膜 保护层的表面上形成表面特征。例如,如果制品是ESC,则可形成台面和化孔。在替代实施 例中,抗等离子体的陶瓷盘或其他陶瓷结构可接合至制品的主体、而不是喷涂厚膜保护层。 [00巧]在框620处,执行IAD或PVD在制品的主体上沉积薄膜保护层。如果在框615中 形成了厚膜保护层,则薄膜保护层可形成在厚膜保护层上方作为顶部涂层。在一个实施例 中,在执行IADW沉积薄膜保护层之前,执行腔室表面制备。例如,离子枪管可通过使用氧 和/或氣离子来烧灼表面有机污染物和分散的其余表面颗粒来制备制品表面。
[0096] 薄膜保护层可W是YsAleOiz、Y4AI2O9、化2〇3、Gd2〇3、化3Ale〇i2、GdsAleOiz、Y4AI2O9与 Y2〇3-Zr化固溶体的陶瓷化合物或本文中所述的其他抗等离子体的陶瓷中的任何一种。薄膜 保护层的沉积速率可W是约0. 25-10埃/秒(A/S),并可通过调谐沉积参数来改变。在一 个实施例中,在薄膜保护层的沉积器件使用多个沉积速率。例如,可使用0.25-! .0A/S的初 始沉积速率W获得共形且附着良好的涂层。随后,可将沉积速率增加至2-10 A/S,W便在较 短且较具成本效益的涂覆轮次内获得较厚的涂层。薄膜保护层可W是共形性非常好且厚度 均匀的,并且可具有对所述薄膜保护层所沉积的主体/基板的良好的附着。
[0097] 在一个实施例中,在薄膜保护的沉积层期间冷却制品W将制品的溫度维持在约 15(TC或更低。在一个实施例中,祀材材料与制品之间的工作距离设置为小于1米。
[0098] 在一个实施
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