专利名称：陶瓷喷涂部件制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体加工领域，尤其涉及一种陶瓷喷涂部件的制造方法。
背景技术：
在半导体器件制造的过程中，通常需要使用腐蚀性很高的卤素气体的等离子体能 量在硅片表面进行刻蚀。在这样苛刻的工作环境中，等离子处理腔室的内表面和腔室内部 配设的其它部件(如静电卡盘、聚焦环等)非常容易受到等离子体能量的腐蚀，导致在刻蚀 的硅片表面引入颗粒或金属污染等缺陷，进一步影响半导体器件的功能。为克服上述问题，通常需要在这些部件的内表面涂覆一层特殊的材料以提高其耐 腐蚀性，优选为三氧化二钇(Y2O3)陶瓷涂层。由于陶瓷与空气中的水分反应性很高，在定期对等离子处理腔室进行维护， 使陶 瓷涂层处在大气状态或对陶瓷涂层进行湿法清洗时，会使陶瓷涂层表面附着大量的水分。 这些水分的附着和脱离会造成等离子处理腔室在进行真空状态的恢复时耗时增加，效率降 低；可能导致设备工作时对硅片的刻蚀速率不稳定，产生颗粒脱落和异常放电等问题。现有技术一(特开2004-190136号公报)中公开了一种技术，将表面喷涂了某种 陶瓷层的部件在沸腾的水中长时间浸渍，在高温、高压和高湿度的环境中对该部件进行热 处理，使陶瓷与水进行水合反应，由此提高陶瓷喷涂部件陶瓷层表面的疏水性，以降低水分 对陶瓷喷涂部件的吸附性。喷涂的陶瓷层表面通常会吸附大气中所含有的有机物，这些有机物会使陶瓷层表 面的活性状态变差，阻碍陶瓷表面的水合反应，从而导致在对陶瓷喷涂部件实施水合处理 时，陶瓷层表面得不到充分的疏水性，不能确实地抑制陶瓷喷涂部件上水分的附着和脱离 的问题。现有技术二(中国专利申请CN200510117628. 0)提供了一种能够确实地抑制水分 的附着和脱离的陶瓷喷涂部件的制造方法。将喷涂了某种陶瓷涂层的部件在含有丙酮、乙 醇、以及异丙醇中的至少一种有机溶剂中浸渍规定时间，以去除陶瓷层上的有机物，并在压 力为202. 65kPa以上、相对湿度为90%以上的环境下，通过温度为100-300°C左右的炉中加 热1-24小时，对喷涂陶瓷层外表面进行水合处理。现有技术二为消除陶瓷喷涂部件的陶瓷层表面有机物对水合处理效果的影响，采 用有机溶剂和强酸溶液浸渍的方法去除陶瓷层表面的有机物。这种湿法去除有机物的技术 使用的丙酮、乙醇等有机溶剂具有一定的毒性和易燃性，硫酸、硝酸等强酸通常具有强烈的 腐蚀性，废液的排放会对环境造成污染，同时对操作人员的健康也存在潜在的危害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种陶瓷喷涂部件制造方法，既能有效去除 陶瓷层表面的有机物，使得陶瓷层表面在进行对水合处理时能得到充分的疏水性，同时又 能避免对环境产生污染。
为解决上述技术问题，本发明陶瓷喷涂部件制造方法采用的技术方案为一种陶瓷喷涂部件制造方法，包括对基底表面进行处理，形成凸凹不平的表面； 在所述基底上形成的凸凹不平的表面上，形成陶瓷层；对所述陶瓷层表面的有机物进行清洗；对所述陶瓷层进行水合处理，在所述陶瓷层的表面形成疏水层。与现有技术中对陶瓷层的表面采用有机溶剂和强酸溶液浸渍去除有机物的湿法 清洗技术相比，本发明陶瓷喷涂部件制造方法中，由于对陶瓷层表面的有机物采用清洗，既 能够有效去除陶瓷层表面的有机物，消除所述有机物对水合处理效果的不利影响，使得陶 瓷层表面在进行对水合处理时能得到充分的疏水性，同时又由于避免了有机溶剂和强酸溶 液的使用，能够避免对环境产生污染。
图1为本发明陶瓷喷涂部件制造方法一实施例的流程图；图2为本发明陶瓷喷涂部件制造方法另一实施例的流程图；图3为保存陶瓷喷涂部件的惰性气体微环境结构示意图；图4为本发明陶瓷喷涂部件制造方法中采用干冰清洗前后有机物附着量相对值 的对比图；图5为本发明陶瓷喷涂部件制造方法中水合处理前后等离子处理腔室恢复真空 状态时间的对比图；图6为根据本发明陶瓷喷涂部件制造方法所形成的陶瓷喷涂部件的横截面结构 示意图。
具体实施例方式本发明旨在提供一种陶瓷喷涂部件制造方法，既能有效去除陶瓷层表面的有机 物，使得陶瓷层表面在进行对水合处理时能得到充分的疏水性，同时又能避免对环境产生 污染。下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。如图1所示，本发明陶瓷喷涂部件制造方法，包括步骤S10、对基底表面进行处理，形成凸凹不平的表面；对基底表面使用刚玉、不锈钢等粒子进行喷砂处理，在基底表面形成凸凹不平的 表面，即使基底表面具有一定的粗糙度，所述粗糙度优选为RalO-20 μ m。在基底表面形成粗 糙度为Ral0-20 μ m的凸凹不平的表面，既能在后续的工序中，使陶瓷层牢靠地附着在基底 表面，又不会对基底表面本身的强度造成过多的影响。S20、在所述基底上形成的凸凹不平的表面上，形成陶瓷层；在所述基底上形成有凸凹不平的表面上，形成陶瓷层，所述陶瓷层能够由金属氧 化物陶瓷成分组成，优选使用三氧化二钇(Y2O3)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)等， 特别优选为三氧化二钇。形成的陶瓷层的厚度为10-500 μ m，优先为50-150 μ m。50-150 μ m的陶瓷层厚度，既能满足陶瓷层对基底的保护需要，同时又能避免部件在实际使用过程中，由于陶瓷层过 厚而容易造成的陶瓷层断裂失效甚至从基底表面脱落的情况发生。陶瓷层能够采用喷涂法形成在基底表面，也可以采用熔射等技术形成在基底表 面。前者是基底不熔化，涂层与基底形成机械结合；后者则是涂层再加热重熔，涂层与基 底互溶并扩散结合。常用的喷涂法有等离子喷涂，物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积 (CVD)法等。由于等离子喷涂以及化学气相沉积方法得到的膜层较薄，因此本发明实施例优 先选用等离子喷涂或化学气相沉积方法在基底表面形成陶瓷层。
S30、对所述陶瓷层表面的有机物进行清洗；本实施例中，对所述陶瓷层表面的有机物进行干法清洗具体为用干冰颗粒进行清 洗，即采用直径为0. 5-3mm的干冰固态颗粒在压缩空气的驱动下，高速冲击所述陶瓷层表 面，使其表面附着的有机物层受到极冷迅速脆化龟裂，与陶瓷层的粘附力大大降低，粉碎的 干冰微粒进入裂隙，迅速升华，体积瞬间膨胀近800倍，从而将有机物与陶瓷层表面迅速剥 离，达到对所述陶瓷层表面的有机物进行去除的目的。采用干冰颗粒轰击陶瓷层表面去除有机物的干法处理技术，避免了湿法清洗废液 对环境的污染，是一种清洁环保的陶瓷层表面处理方法。需要说明的是，对所述陶瓷层表面的有机物进行的干法清洗，并不限于上述的用 干冰颗粒进行清洗的方法，也能够采用等离子清洗机对所述陶瓷层的表面进行等离子体清 洗来实现。等离子体清洗主要是依据等离子体中活性粒子的“活化作用”达到去除陶瓷层表 面污渍的目的。等离子体清洗包括以下过程无机气体被激发为等离子态；气相物质被吸 附在陶瓷层表面；被吸附基团与陶瓷层表面分子反应生成产物分子；产物分子解析形成气 相；反应残余物脱离陶瓷层表面。本实施例中，将陶瓷喷涂部件进行等离子体清洗时，用来产生等离子体的气体是 氩气和氧气，氧气和氩气按照一定比例混合，优选按照1 1的比例进行混合；射频频率为 40KHz-2. 45GHz，优选为13. 56MHz ；压力为30-40帕，优选35帕；处理时间为5-10分钟。经过等离子体处理的陶瓷层表面会形成许多新的活性基因，使陶瓷层表面发生" 活化"而改变性能，能够大大改善陶瓷层表面的润湿性能和黏着性能，这对后续的水合处 理显得非常重要，因此，与采用许多溶剂进行的湿法清洗相比，等离子清洗具有无法比拟的 优点。此外，采用等离子体清洗不会在陶瓷层表面产生损伤层，表面质量也能够得到保 证。S40、对所述陶瓷层进行水合处理，在所述陶瓷层的表面形成疏水层。本实施例中，在所述陶瓷层的表面形成疏水层的过程为在压力为202. 65kPa以 上，相对湿度为90%以上的环境中，在95°C以上的温度下，将陶瓷喷涂部件加热1-24个小 时，使陶瓷层与水蒸气进行水合反应而稳定化，从而在陶瓷层的外表面上形成疏水层。所述疏水层的厚度约为50 μ m以上，优选为50 μ m。50 μ m的疏水层能够满足所述 陶瓷层表面所需的憎水性，又能减少水合处理的时间，提高生产效率。本实施例中的陶瓷材料选用三氧化二钇时，在陶瓷层的外表面上引起下式的反 应
Υ203+Η20 — Y2O3 · (H2O) n — 2 (YOOH) — Y (OH) 3 (本式未考虑价数)通过水合处理，最终形成氢氧化钇(Y (OH) 3)。选用其他陶瓷材料也可以同样的反应生成相应的氢氧化物如氢氧化铝 (Al (OH)3)、氢氧化锆(Zr(OH)4)等。本实施例中，进行水合处理是将陶瓷喷涂部件暴露在高 压、高湿 度以及高温的环境中进行，但不限于此，也可将陶瓷喷涂部件浸渍在沸水中进行。本发明实施例陶瓷喷涂部件制造方法中，由于对陶瓷层表面的有机物采用干法清 洗，既能够有效去除陶瓷层表面的有机物，使得陶瓷层表面在进行对水合处理时能得到充 分的疏水性，同时采用干法清洗，避免了有机溶剂和强酸溶液的使用，能够避免对环境产生 污染。进一步地，在上述实施例的基础上，对陶瓷喷涂部件进行水合处理后还包括如下 步骤S50、将陶瓷层表面形成有疏水层的基底进行干燥处理。如图2所示，经过水合处理后，将陶瓷喷涂部件移入干燥炉内，在70°C常压加热2 小时以上，对附着在疏水层和陶瓷层上的水分进行干燥处理，使疏水层表面上的细小空隙 存储的水分脱离。S60、将经过干燥处理的所述基底保存在净化的惰性气体环境中。在经过水合处理并经过干燥的陶瓷喷涂部件，在安装到等离子处理腔室之前存放 在由惰性气体形成的微环境中，以阻止陶瓷喷涂部件吸附空气中的有机物。需要说明的是，在对基底表面形成的三氧化二钇陶瓷层表面进行干法清洗后，若 在24小时内不能对陶瓷层进行水合处理，为防止陶瓷层表面重新吸附空气中的有机物，也 优选将形成有陶瓷层表面的基底，即陶瓷喷涂部件，保存在净化的惰性气体微环境中，在陶 瓷喷涂部件周围形成一种高纯的堕性气体气氛，以阻止陶瓷喷涂部件吸附空气中的有机 物；所述的惰性气体优选为氮气(N2)。图3所示为保存陶瓷喷涂部件的惰性气体微环境装置结构示意图。该惰性气体微环境装置600包括箱体601，在所述箱体601内设有搁物架602 ；在 所述箱体601的一侧设有气体供应装置603，用于对所述箱体601内部提供高纯的惰性气 体，所述惰性气体优选为氮气(N2)。使用时，惰性气体气流604流过搁物架602上放置的陶瓷喷涂部件20，在陶瓷喷涂 部件20周围形成一种高纯的堕性气体气氛，以阻止陶瓷喷涂部件20吸附空气中的有机物。图4为采用了干冰去除陶瓷层外表面的有机物并将其在高纯堕性气体的微环境 中保存前后，陶瓷层外表面有机物的附着量的比较。由图4可知，干冰处理前后陶瓷层外表 面有机物的附着量约减少了 94%。经过上述步骤处理得到的陶瓷喷涂部件主要应用于对硅片表面进行刻蚀的等离 子处理腔室中。经过水合处理的陶瓷部件安装在等离子处理腔室中后，由于其表面形成的 疏水层降低了水分的附着，因此等离子处理腔室在进行真空状态的恢复耗时较安装了未经 水合处理的陶瓷喷涂部件的离子处理腔室有所减少。图5为陶瓷喷涂部件经水合处理前后 等离子处理腔室恢复真空状态的耗时对比。从图5可以看出，对陶瓷喷涂部件的水合处理 使等离子处理腔室恢复真空状态的时间缩短了约17%。图6是经过上述步骤形成的陶瓷喷涂部件的横截面示意图。该陶瓷喷涂部件20具有基底21和通过喷涂在基底表面上的陶瓷层22。陶瓷层22外表面为经水合处理后形成 的疏水层23。其中，基底21的材质可以为铝和铝合金、不锈钢、石英和陶瓷等。将经过水合处理的陶瓷喷涂部件安装在等离子处理腔室中经过规定的处理时间 后，需要对等离子处理腔室进行维护，清洗陶瓷喷涂部件和再生陶瓷层时，也能适用于上述 方法。应当理解的是，对于陶瓷喷涂部件20的应用场合，虽然本实施例是以所述陶瓷喷 涂部件20应用于对硅片表面进行刻蚀的等离子处理腔室中为例进行说明的，但本发明实 施例并不限于此，在等离子处理腔室以外的工艺装置内、在向工艺装置输送基底等的负载 锁定室内，以及在大气输送室等的输送装置内也可以应用所述陶瓷喷涂部件20。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种陶瓷喷涂部件制造方法，其特征在于，包括对基底表面进行处理，形成凸凹不平的表面；在所述基底上形成的凸凹不平的表面上，形成陶瓷层；对所述陶瓷层表面的有机物进行清洗；对所述陶瓷层进行水合处理，在所述陶瓷层的表面形成疏水层。
2.根据权利要求1所述的陶瓷喷涂部件制造方法，其特征在于，所述对基底表面进行 处理，形成凸凹不平的表面具体为对基底表面进行喷砂处理，形成粗糙度为RalO-20 μ m的凸凹不平的表面。
3.根据权利要求1所述的陶瓷喷涂部件制造方法，其特征在于，在所述基底上形成的 凸凹不平的表面上，形成陶瓷层具体为在所述基底上形成的凸凹不平的表面上，形成厚度为50-150 μ m的陶瓷层。
4.根据权利要求1所述的陶瓷喷涂部件的制造方法，其特征在于，对所述陶瓷层表面 的有机物进行清洗具体为采用干冰固态颗粒在压缩空气的驱动下，冲击所述陶瓷层表面，对所述陶瓷层表面的 有机物进行清洗。
5.根据权利要求4所述的陶瓷喷涂部件制造方法，其特征在于，所述干冰固态颗粒的 直径为 0. 5mm-3mm。
6.根据权利要求1所述的陶瓷喷涂部件制造方法，其特征在于，对所述陶瓷层表面的 有机物进行清洗具体为采用等离子体对所述陶瓷层表面的有机物进行清洗。
7.根据权利要求6所述的陶瓷喷涂部件制造方法，其特征在于，所述等离子体为氩气 和氧气等离子体。
8.根据权利要求1所述的陶瓷喷涂部件制造方法，其特征在于，在对所述陶瓷层表面 进行清洗之后、水合处理之前还包括将形成有所述陶瓷层表面的基底保存在净化的惰性气体环境中。
9.根据权利要求1所述的陶瓷喷涂部件制造方法，其特征在于，对所述陶瓷层进行水 合处理，在所述陶瓷层的表面形成疏水层之后还包括将陶瓷层表面形成有疏水层的基底进行干燥处理；将经过干燥处理的所述基底保存在净化的惰性气体环境中。
10.根据权利要求1-9任一项所述的陶瓷喷涂部件的制造方法，其特征在于，所述疏水 层的厚度为50 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种陶瓷喷涂部件制造方法，涉及陶瓷喷涂部件的制造领域，为解决既能有效去除陶瓷层表面的有机物，使得陶瓷层表面在进行对水合处理时能得到充分的疏水性，同时又能避免对环境产生污染的问题而发明。陶瓷喷涂部件制造方法，包括在基底表面形成凸凹不平的表面；在所述凸凹不平的表面上形成陶瓷层；对所述陶瓷层表面的有机物进行干法清洗；对所述陶瓷层进行水合处理。本发明适用于陶瓷喷涂部件陶瓷层表面有机物等污渍的处理。
文档编号H01L21/00GK102082071SQ20091024161
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者康明阳 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司