专利名称：用于蚀刻腔室部件的填充聚合物组成的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及填充聚合物材料的领域。明确地说，本发明的实施例涉及用于蚀刻腔室部件的填充聚合物组成。
背景技术：
用于蚀刻腔室部件的聚合物材料于基板蚀刻及腔室清洁制程期间在蚀刻腔室内暴露于等离子体。例如，形成于腔室部件上的等离子体蚀刻残余物及副产物可造成长期的问题，且因此须周期性地清洁蚀刻腔室以防止制程产生偏差及产生粒子。因此，聚合物材料自身成为粒子添加剂(particle adder)来源且因为聚合物材料由多种蚀刻及清洁等离子体腐蚀亦必须周期性替换。
发明内容
本发明实施例揭露种填充聚合物组成，包括粒子填充物，其分散于聚合物基质中。该粒子填充物可为五氧化二铌(Nb2O3)、三氟化钇(YF3)、氮化铝(AlN)、铝(Al)、碳化硅 (SiC)、四氮化三硅(Si3N4)、稀土族元素氧化物(rare earth oxide)及其组合。可在任何暴露至等离子体的腔室中或工作环境中使用填充聚合物组成以延长工作寿命、改良应用温度、增进制程均勻度、减少粒子形成量、及减少金属污染。在实施例中，利用填充聚合物组成作为用于静电夹头的接合粘合剂，用于喷头的接合粘合剂，用于衬垫的接合粘合剂、密封材料、0形环、或塑料部件。
图IA及图IB为蚀刻腔室的等角视图。图IC包括俯视图及喷头后侧及0形环的特写等角视图。图ID为静电夹头后侧的俯视图。图2A-图2B示出暴露至CH4/CHF3等离子体5RF小时的粘合剂的腐蚀表面的表面型态。图3A-图;3B示出暴露至HBr/Cl2/CF4A)2等离子体6. 5RF小时的粘合剂的腐蚀表面的表面型态。图4A-图4B示出暴露至SiC4等离子体12RF小时的粘合剂的腐蚀表面的表面型态。
具体实施例方式本发明的实施例揭示了填充聚合物组成及填充聚合物于等离子体腔室部件中的应用。于本文中参照图示描述各种实施例。为了提供对本发明的通盘了解，许多特定细节(例如特定配置、组成及制程等)将在随后描述中阐述。然而，有些实施例可在不具或多个该等细节下实施，或结合其它习知方法及配置来实施。在其它例子中，为了不必要的混淆本发明，习知制程及制造技术并未特别详细描述。参考本发明书中通篇的(一个(one)实施例)或((an)实施例)表示涉及该实施例的特定特征结构、配置、组成、或特征包含在本发明的至少一个实施例中。因此，在通篇本发明书中各处出现的词句(在一个实施例中) 或(实施例)并非必须参照本发明的相同实施例。另外，特定特征结构、配置、组成、或特征可以任何适当方式结合于一个或多个实施例中。本发明实施例揭露填充聚合物组成，其包括分散于聚合物基质中的粒子填充料。 在实施例中，粒子填充料具有IOnm-IOym的平均粒径，且可为稀土族元素氧化物、Nb2O5, YF3、AlN、SiC、Si3N4及其组合。在另一实施例中，粒子填充料可为例如具有相同平均粒径的铝粉末的金属。粒子填充料可紧密地与聚合物基质结合以提供具改良质量的组成，该组成包括极佳的抗等离子体性、材料结构稳定度(低排气)、高温应用、改良的热性质(热传导度及热膨胀)、改进的机械性质(伸长度、弹性模数、迭绕共享(lap share)、拉伸强度)且大大减少的粒子产生的可能性。可在任何暴露至各种等离子体的腔室中或工作环境中使用填充聚合物组成，以延长工作寿命、改良应用温度、增进制程均勻度、减少粒子形成量、及减少金属污染。在实施例中，利用填充聚合物组成作为用于静电夹头的接合粘合剂，用于喷头的接合粘合剂，用于衬垫的接合粘合剂、密封材料、0形环或塑料部件。于本文中所使用的术语(稀土族元素氧化物)表示元素周期表中自镧系元素原子序57至71的稀土族元素的氧化物，及外加原子序39的钇及原子序21的钪的元素，这是因为彼等元素与镧系元素享有相似性质。例如，粒子填充料可为诸如^)3、5(203丄1~203、而203、 Sm2O3及％203，但不限于此的稀土族元素氧化物。聚合物基质可为各种材料。例如，聚合物基质可为氟化碳系列、聚酰亚胺系列、 醚酮系列、且包括部分及全部为氟化硅的硅系列。在实施例中，聚合物基质可为全氟弹性体(perfluoroelastomer)、热固性聚娃氧(thermosetting silicone)、热塑性丙烯酸 (thermoplastic acrylic)、或聚二醚酮(PEEK)。图IA及图IB示出根据本发明实施例的蚀刻腔室。例如，示出于图IA中的腔室为可购自加州圣塔克拉拉Applied Materials公司的CENRAENABKER ETCH. TM.腔室。例如，示出于图IB中的腔室为可购自加州圣塔克拉拉Applied Materials公司的PRODUCER ETCH. TM.腔室。如图IA及图IB中所示，蚀刻腔室100可包括腔室盖件，该腔室盖件配置以自等离子体产生器(未图示)提供等离子体或能量及自制程气体源经由气体导管(未图示)提供气体。气体喷头102可利用粘合剂接合至腔室盖件，该粘合剂包含根据本发明实施例的填充聚合物组成。该腔室的基底含有附接至功率源(未图示)的静电夹头104。静电夹头 104可利用粘合剂接合至支撑件，该粘合剂包含填充聚合物组成。同样地，腔室衬垫106可利用粘合剂接合至腔室，该粘合剂包含根据本发明实施例的填充聚合物组成。在使用填充聚合物作为接合粘合剂的实施例中(例如，用于静电夹头、喷头、及/或衬垫)，调整填充聚合物组成的材料性质以使金属与陶瓷间的热膨胀系数(CTE)的不匹配减到最小是较佳的。在实施例中，静电夹头的接合应用希望有较高的拉伸伸长度％、较高的拉伸强度、及较低的杨氏模数aoung’ s Modulus)。例如，填充聚合物组成可展现大于 190%的拉伸伸长度、大于2. 2MPa的拉伸强度、及低于2. OMPa的杨氏模数。在实施例中，填充聚合物组成可展现大于105%的拉伸伸长度、以及低于3. SMPa的杨氏模数。填充聚合物组成并非限于粘合剂的应用。在实施例中，填充聚合物组成可为诸如 0形环的密封件。图IC包括俯视图及喷头后侧及0形环的特写等角视图。在实施例中，填充聚合物组成为O形环108，该0形环108置于喷头102上。在实施例中，填充聚合物组成可为诸如阴极绝缘体的嵌入塑料部分。图ID为静电夹头后侧的俯视图。在实施例中，填充聚合物组成为阴极绝缘体110，该阴极绝缘体110置于静电夹头104上。在此实施例中，拉伸伸长度％非为必要性质，且对于阴极绝缘体或相似高性能塑料应用而言，拉伸强度反倒更为重要。填充聚合物材料可实现成多种关键蚀刻腔室部件中，以延长工作寿命、改良应用温度、增进制程均勻度、减少粒子形成量、以及减少金属污染。此外，填充聚合物组成可应用至其它工作环境中而非限于等离子体腔室，其中在该等工作环境中需要极佳的抗等离子体性及可调整的材料性质。填充聚合物组成可取决于应用而利用许多习知技术来制备。在实施例中，可藉由添加粒子填充料至包括溶解聚合物组成的溶液中来制备填充聚合物组成。粒子填充料可如习知技术利用分散媒、浇铸(cast)、固化(cured)及后热固化(post-cure baked)均勻地分散至溶液中。在另一实施例中，微粒聚合物及粒子填充料可如习知技术藉由搅拌或球磨实体地混合在一起。根据一个方面，本发明的实施例揭示了一种填充聚合物组成，其中粒子填充料的粒径可经改变以获得所需的材料性质。在实施例中，粒子填充料具有IOnm-IOym的平均粒径。在实施例中，粒子填充料可具有足够小而使其不会成为污染的粒径。例如，粒子填充料可具有小于Iym的粒径。已发现难以均勻分散小于IOnm左右的粒子。当希望填充聚合物的热传导性与另种材料匹配时，较大粒径为有利的。然而，超过IOym左右的粒子填充料可在填充聚合物组成的后热固化期间作为排气的实体阻障。因此，若粒子填充料的粒径大于 10 μ m,填充聚合物组成可随后在操作期间排气至等离子体腔室中。根据一个方面，本发明的实施例揭露了一种填充聚合物组成，其中可改变粒子填充料的体积％以获得所需的材料性质。在实施例中，填充聚合物组成包括体积50% -75% 的粒子填充料。对于将填充聚合物组成暴露于显著等离子体蚀刻的应用(例如，用于喷头、 静电夹头及/或衬垫的接合粘合剂，但非限制于此)而言，维持粒子填充料的体积密度特别有利。该比容组成获得改变整体填充聚合物组成的特征蚀刻速率的协同效应(synergetic effect)。尽管聚合物基质及粒子填充料对特定等离子体化学性质个别拥有不同的特征蚀刻速率，当填充聚合物组成包括体积50% -75%的粒子填充料时，可改良整体填充聚合物组成的蚀刻速率。这是藉由控制粒子的体积密度以使粒子彼此碰触，且当暴露至诸如等离子体蚀刻或清洁制程的等离子体制程时使粒子可进步接合或聚合来达成。包含根据本发明实施例的填充聚合物组成的等离子体腔室部件可说明增加的抗等离子体性，该抗等离子体性可藉由表面腐蚀及表面型态测量。表I包括填充聚合物组成
5的正规化表面腐蚀资料，该填充聚合物组成用于根据本发明的粘合剂应用，其中该填充物的正规化表面腐蚀数据比较热固性聚硅氧与填充Al筛孔及TW2填充料的热塑性丙烯酸聚合物的基底聚合物组成。表I.正规化表面腐蚀
应用等离子体热固性聚硅氧填充TiB2 的Al筛孔的热塑性聚丙烯填充 Y2O3 的 (380nm )热固性聚硅氧填充AlN 的 (540nm )热固性聚硅氧填充BN 的热固性聚硅氧粘合剂CF4/CHF3等离子体 5RF小时 1~201-粘合剂HBr/Cl2/CF4/02 等离子体 6.5RF小时-22-201 2.5-粘合剂SiCl4等离子体 12RF小时-2.5-1 1.5-如表I中所示，在粘合剂包含填充聚合物组成含有体积50% -75%的^O3填充料粒子的实施例中(该IO3填充料粒子具有平均粒径380nm并嵌入至热固性聚硅氧基质中)， 该实施例在三种等离子体情况下展现最低的正规化表面腐蚀。例如，当暴露至CH4/CHF3等离子体5RF小时，热固性聚硅氧经受2倍的表面腐蚀量，及Al筛孔与TW2填充热塑性聚丙烯经受20倍的表面腐蚀量。诸如CH4/CHF3的氟化物化学物质为经常使用在介电质基板蚀刻的蚀刻化学物质。HBr/Cl2/CF4A)2化学物质为经常使用于导电性基板蚀刻的蚀刻化学物质。SiCl4特别用作为蚀刻腔室清洁化学物质以自腔室部件移除AlF污染，其中该AlF污染在介电质及导电性表面蚀刻期间所形成。图2A至图2B示出暴露至CH4/CHF3等离子体5RF小时的粘合剂的腐蚀表面的表面型态。如图2A中所示，热固性聚硅氧聚合物基质获得具有粗糙表面型态的腐蚀表面。图2B 为根据本发明实施例的填充聚合物组成，该填充物组成包括热固性聚硅氧基质及AO3粒子填充料。如图2B中所示，在氟等离子体蚀刻的后表面型态得到极大改良，金属污染及粒子数减少。图3A至图;3B示出暴露至HBr/Cl2/CF4/Q2等离子体6. 5RF小时的粘合剂的腐蚀表面的表面型态。如图3A中所示，热固性聚硅氧聚合物基质获致具有粗糙表面型态的腐蚀表面。图3B为根据本发明实施例的填充聚合物组成，该填充物组成包括热固性聚硅氧基质及 IO3粒子填充料。如图;3B中所示，仅有IO3粒子填充料留在表面上且热固性聚硅氧系经蚀刻，这表示IO3粒子填充料在改善抗等离子体性中扮演主要的角色。图4A至图4B示出暴露至SiC4等离子体12RF小时的粘合剂的腐蚀表面的表面型态。图4A中示出热固性聚硅氧聚合物基质。图4B为根据本发明实施例的填充聚合物组成， 该填充物组成包括热固性聚硅氧基质及IO3粒子填充料。如图4B中所示，Y2O3粒子系经暴露且热聚性聚硅氧的大部分表面系经蚀刻，这表示AO3粒子填充料在改善抗等离子体性中扮演主要的角色。在另一实施例中，本发明的填充聚合物组成在等离子体腔室中实现成0形环。例如，填充聚合物组成可在全氟弹性体聚合物基质中含有体积15%左右的Y2O3粒子填充料， 当暴露至CF4等离子体时，该聚合物组成较未填充的全氟弹性体聚合物基质展现低于4倍左右的腐蚀；当暴露至化等离子体时，该聚合物组成较未填充的全氟弹性体聚合物基质展现低于7倍左右的腐蚀；以及当暴露至CF4/02等离子体时，该聚合物组成较未填充的全氟弹性体聚合物基质展现低于5倍左右的腐蚀。此改良的抗等离子体性改善了寿命、减少污染、 及粒子产生。在另一实施例中，本发明的填充聚合物组成在等离子体腔室中实现成高性能塑料 (如阴极绝缘体)。例如，填充聚合物组成包括在PEEK聚合物基质中的Y2O3粒子填充料。 在此应用中，与未填充的PEEK阴极绝缘体相较，该粒子填充料改善了拉伸强度、拉伸模数、 挠曲模数、及表面电阻系数。此外，当暴露至A等离子体14RF小时，与未填充的PEEK组成相较，表面腐蚀系经改良超过100倍。在前述的说明中，已描述了本发明多种实施例。然而，在不背离本发明的广义精神及范畴的情况下，显然可对于本发明做出多种调整及变化，如权利要求所界定。这里的说明书及附图仅为示出性质而非限制性质。
权利要求
1.一种组成，其包含聚合物基质；粒子填充料，其分散于该聚合物基质中；其中该粒子填充料选自由以下各者所组成的群组Nb203、YF3> A1N、Al、SiC、Si3N4、稀土族元素氧化物及其组合。
2.如权利要求1所述的组成，其中该粒子填充料为103。
3.如权利要求1所述的组成，其中该粒子填充料具有小于10微米的粒径。
4.如权利要求1所述的组成，其中该组成包含体积50%-75%的粒子填充料。
5.如权利要求1所述的组成，其中该聚合物基质选自由以下各者所组成的群组氟化碳系列、聚酰亚胺系列、醚酮系列及硅系列。
6.如权利要求1所述的组成，其为0形环的形式。
7.如权利要求1所述的组成，其为粘合剂的形式。
8.如权利要求7所述的组成，其中该粘合剂被接合至选自由以下各者所组成的构件 静电夹头、喷头及腔室衬垫。
9.如权利要求1所述的组成，其为阴极绝缘体的形式。
10.一种操作蚀刻腔室的方法，其包含以下步骤引燃等离子体；及暴露腔室部件至该等离子体；其中该腔室部件包含聚合物基质及粒子填充料，该粒子填充料分散于该聚合物基质中，该粒子填充料选自由以下各者所组成的群组Nb205、YF3、AlN、Al、SiC、Si3N4、稀土族元素氧化物、及其组合。
11.如权利要求10所述的方法，其中该等离子体包含清洁化学物质，其系选自由以下各者所组成的群组 及SiCl4。
12.如权利要求10所述的方法，其中该等离子体包含导电性表面蚀刻化学物质，其选自由以下各者所组成的群组HBr、Cl2, CF4及02。
13.如权利要求10所述的方法，其中该等离子体包含介电基板蚀刻化学物质，其选自由以下各者所组成的群组=CF4及CHF3。
14.如权利要求10所述的方法，其中该填充聚合物基质硅选自由以下各者所组成的群组0形环、粘合剂及阴极绝缘体。
15.如权利要求11所述的方法，其中该等离子体从该蚀刻腔室移除AlF污染。
全文摘要
本发明揭示了一种具有改良抗等离子体性的填充聚合物组成。该组成包括分散于聚合物基质的粒子填充料。该粒子填充料可为五氧化二铌(Nb2O3)、三氟化钇(YF3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)或四氮化三硅(Si3N4)及稀土族元素氧化物(rare earth oxide)。在实施例中，利用该组成作为用于静电夹头的接合粘合剂，用于喷头的接合粘合剂，用于衬垫的接合粘合剂、密封材料、O形环、或塑料部件。
文档编号C08K3/34GK102245689SQ200980149880
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月10日
发明者徐理, 段仁官, 詹尼弗·Y·孙, 赛恩·撒奇 申请人:应用材料公司