抗等离子体腐蚀的稀土氧化物基薄膜涂层的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例大体涉及具有抗等离子体的薄膜保护层的腔室部件。
【背景技术】
[0002] 在半导体产业中，器件由生产持续减小的尺寸的结构的数个制造工艺来制造。诸 如等离子体蚀刻和等离子体清洁工艺等的一些制造工艺是使基板暴露于高速等离子体流 以蚀刻或清洁基板。等离子体可能是高度腐蚀性的，并会腐蚀处理腔室和暴露于等离子体 的其他表面。
【附图说明】
[0003] 本发明以示例方式而非限制方式来说明，在所附附图中的各附图中以同样的附图 标记指示类似的元件。应当注意，本公开中提及的"一"或"一个"实施例不一定是指同一 个实施例，并且此类提及意味着至少一个。
[0004] 图1描绘处理腔室的一个实施例的截面视图。
[0005] 图2A-5描绘在一个表面上具有保护层叠层的示例制品的横截面侧视图。
[0006] 图6示出用于将一个或更多个保护层形成在制品上的工艺的一个实施例。
[0007] 图7A描绘适用于利用高能粒子的各种沉积技术（诸如，离子辅助沉积（IAD))的 沉积机制。
[0008] 图7B描绘IAD沉积设备的示意图。
[0009] 图8-9示出根据本发明的实施例所形成的薄膜保护层的腐蚀速率。
[0010] 图10-11示出根据本发明的实施例所形成的薄膜保护层的粗糙度轮廓。
【具体实施方式】
[0011] 本发明的实施例提供制品，诸如，用于处理腔室的腔室部件，所述制品的一个或更 多个表面上具有薄膜保护层。保护层可具有小于约20微米的厚度，并且可提供抗等离子体 腐蚀性，以保护制品。可使用离子辅助沉积（IAD)或物理气相沉积（PVD)将保护层形成在制 品上。薄膜保护层可用作厚膜保护层上的顶涂层，该厚膜保护层已使用例如等离子体喷涂 技术而形成。在一些实施例中，包含两个或更多个薄膜保护层的薄膜保护层叠层形成在制 品上。在此类实施例中，每一个薄膜保护层可由IAD或PVD形成，并且厚度可以是约20微 米或更小。薄膜保护层可以是￥#1 5012、￥，12094巧03、6(1 2034^15012、6(^150 12或含￥，1209 与Y203-Zr02固体溶液的陶瓷化合物。由薄膜保护层提供的改善的抗腐蚀性可改善制品的 使用寿命，同时降低维护和制造成本。
[0012] 图1是半导体处理腔室100的截面视图，该处理腔室100具有一个或更多个腔室 部件，这一个或更多个腔室部件涂覆有根据本发明的实施例的薄膜保护层。处理腔室100 可用于在其中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 子体蚀刻器或等离子体蚀刻反应器、等离子体清洗器等的腔室。可包括薄膜保护层的腔室 部件的示例包括基板支撑组件148、静电卡盘（ESC) 150、环（例如，处理套环或单环）、腔 室壁、基底、气体分配板、喷淋头、衬层、衬层套组、屏蔽体、等离子体屏、流量均衡器、冷却 基底、腔室视口、腔室盖等。薄膜保护层（在下文中更详细地描述）可包括Y 3A15012(YAG)、 Y4Al2O9(YAM)、Er203、Gd 203、Er3Al5O12(EAG)、Gd 3Al5O12(GAG)和 / 或含 Y4AI2Oe^ Y2O3-ZrO2固 体溶液的陶瓷化合物。薄膜保护层也可包括Y 2O3与Y 2〇3基陶瓷、Er 203基陶瓷、Gd 203基陶瓷 和其他稀土氧化物。
[0013] 薄膜保护层可以是应用于不同的陶瓷的IAD或PVD涂层，不同的陶瓷包括氧化物 基陶瓷、氮化物基陶瓷和碳化物基陶瓷。氧化物基陶瓷的示例包括SiO 2(石英）、A1203、Y203 等。碳化物基陶瓷的示例包括SiC、Si-SiC等。氮化物基陶瓷的示例包括A1N、SiN等。IAD 或PVD涂层靶材可以是煅烧粉末、预形成块（例如，由生坯冲压、热压等形成）、烧结体（例 如，具有50%-100%的密度）、机器加工体（例如，可以是陶瓷、金属或金属合金）或预熔体 (100%密度）。基板也可以是金属基板，诸如，Al、Ti、不锈钢或经阳极化处理的铝基板。
[0014] 如图所述，根据一个实施例，基板支撑组件148具有薄膜保护层136。然而，应当理 解，诸如上文中列举的那些腔室部件之类的其他腔室部件中的任何一个也可包括薄膜保护 层。
[0015] 在一个实施例中，处理腔室100包括封闭了内部体积106的腔室体102和喷淋头 130。喷淋头可包括喷淋头基底和喷淋头气体分配板。或者，在一些实施例中，喷淋头130 可由盖与喷嘴取代。腔室体102可由铝、不锈钢或其他合适的材料制成。腔室体102通常 包括侧壁108和底部110。喷淋头130 (或盖和/或喷嘴）、侧壁108和/或底部110中的 任一个可包括薄膜保护层。
[0016] 外衬层116可邻近侧壁108而设置以保护腔室体102。外衬层116可制有和/或 涂覆有薄膜保护层。在一个实施例中，外衬层116由氧化铝制成。
[0017] 排气端口 126可限定在腔室体102中，且排气端口 126可将内部体积106耦接至 栗系统128。栗系统128可包括一个或多个栗和节流阀，用于排空并调节处理腔室100的内 部体积106内的压力。
[0018] 喷淋头130可支撑在腔室体102的侧壁108上。喷淋头130 (或盖）可打开以允 许进出处理腔室100的内部体积106,并且喷淋头130(或盖）在关闭时可提供对处理腔室 100的密封。气体面板158可耦接至处理腔室100,以便通过喷淋头130或盖与喷嘴来将工 艺和/或清洁气体提供至内部体积106。喷淋头130用于电介质蚀刻（对电介质材料的蚀 亥Ij)用的处理腔室。喷淋头130包括气体分配板（⑶P) 133,该⑶P 133具有遍及该⑶P 133 的多个气体输送孔132。喷淋头130可包括粘合到铝基底或经阳极化处理的铝基底的⑶P 133。⑶P 133可由硅（Si)或碳化硅（SiC)制成，或可以是陶瓷，诸如，Y203、Al2O 3JAG等。
[0019] 对于用于导体蚀刻（对导电材料进行的蚀刻）的处理腔室，可使用盖而非喷淋头。 盖可包括适配该盖的中心孔的中心喷嘴。盖可以是陶瓷，诸如A1 203、Y203、YAG或含Y4Al 2O9 与Y2O3-ZrO^体溶液的陶瓷化合物。喷嘴也可以是陶瓷，诸如Y 203、YAG或含Y4Al2O9与 Y2O3-ZrO^体溶液的陶瓷化合物。盖、喷淋头基底104、⑶P 133和/或喷嘴可涂覆有薄膜 保护层。
[0020] 可用于在处理腔室100中处理基板的处理气体的示例包括：含卤素气体，诸如， C2F6' SF6、SiCl4、HBr、NF3、CF4、CHF 3、CH2F3' F、NF3、Cl2、CC14、BCl3和 诸如，O2SN 20。载气的示例包括N2、He、Ar以及不与工艺气体作用的其他气体（例如，非 反应气体）。基板支撑组件148设在处理腔室100的内部体积106中的喷淋头130或盖下 方。在处理期间，基板支撑组件148保持基板144。环146(例如，单环）可覆盖一部分的静 电卡盘150,并且可在处理期间保护被覆盖的部分免于暴露于等离子体。在一个实施例中， 环146可以是硅或石英。
[0021] 内衬层118可涂覆在基板支撑组件148的外围上。内衬层118可以是抗含卤素气 体的材料，诸如，参考外衬层116所讨论的那些材料。在一个实施例中，内衬层118可由与 外衬层116相同的材料制成。此外，内衬层118可涂覆有薄膜保护层。
[0022] 在一个实施例中，基板支撑组件148包括支撑基座152的装配板162和静电卡盘 150。静电卡盘150进一步包括导热基底164和静电定位盘166,由粘合剂138将静电定位 盘166粘合到导热基底，在一个实施例中，粘合剂是娃酮粘合剂。在所示实施例中，静电定 位盘166的上表面由薄膜保护层136覆盖。在一个实施例中，薄膜保护层136设置在静电 定位盘166的上表面上。在另一实施例中，薄膜保护层136设置在静电卡盘150的整个被 暴露的表面上，包括导热基底164和静电定位盘166的外围和侧缘。装配板162耦接至腔 室体102的底部110,并且包括用于将设施（诸如，流体、电力线、传感器引线等）引导至导 热基底164和静电定位盘166的通道。
[0023] 导热基底164和/或静电定位盘166可包括一个或更多个任选的嵌入式加热元件 176、嵌入式隔热器174和/或导管168、170,以控制基板支撑组件148的侧向温度轮廓。导 管168、170可流体地耦接至流体源172,该流体源172使温度调节流体通过导管168、170进 行循环。在一个实施例中，嵌入式隔热器174可设置在导管168、170之间。加热器176由 加热器电源178来调节。导管168、170和加热器176可用于控制导热基底164的温度，进 而加热和/或冷却静电定位盘166和正在处理的基板（例如，晶片）144。可使用多个温度 传感器190、192来监测静电定位盘166和导热基底164的温度，可使用控制器195来监测 温度传感器190、192。
[0024] 静电定位盘166可进一步包括多个气体通道，诸如，沟槽、台面和其他表面特征， 气体通道可形成于定位盘166的上表面和/或薄膜保护层136。气体通道可经由定位盘166 中钻出的孔来流体地耦接至热传递（或背侧）气体，诸如，He。在操作中，可将以受控的压 力提供的背侧气体提供到气体通道中以增强静电定位盘166与基板144之间的热传递。
[0025] 静电定位盘166包括至少一夹持电极180,夹持电极受控于夹持（chucking)电源 182。电极180 (或设置在定位盘166或基底164中的其他电极）可通过匹配电路188进一 步耦接至一个或更多个射频（RF)电源184、186,以便维持在处理腔室100