[发明专利]半导体加工设备的防腐组件及其制造方法

说明书

                     发明背景

                     发明领域

本发明涉及半导体加工设备和提高其组件防腐性能的方法。

                    相关技术描述

在半导体加工领域，真空加工腔室常被用于蚀刻和在基片上化学气相沉积(CVD)物质，该化学气相沉积物质是通过向真空腔室内充入蚀刻或沉积气体，并向该气体施加RF场以使其激化到等离子态而进行的。在美国专利4,340,462；4,948,458；5,200,232和5,820,723中公开了平行板、变压器偶合等离子体(TCP^TM)(又称为感应耦合等离子体(ICP))和电子回旋共振(ECR)反应器及其组件的例子。由于这些反应器中的等离子体环境的腐蚀性和对最小的微粒和/或重金属污染的要求，所以就非常需要该设备的组件具有良好的防腐性能。

在半导体基片的加工中，一般用如机械夹具或静电夹具(ESC)的基片夹具将基片固定在真空腔室中。这些夹具系统和其组件的实例在美国专利5,262,029和5,838,529中可以看到。工作气体可以通过如气嘴、气环、气体分配盘等不同方式被输入到所述腔室中。例如在美国专利5,863,376中，可发现感应偶合等离子体反应器及其组件用的是温控气体分配盘。除等离子体腔室设备外，其它用于加工半导体基片的设备包括传输机构、供气系统、衬套、起落机构、装料控制、门机构、机械手、固定装置等。这种设备的组件处于与半导体加工相关的不同腐蚀性条件下。而且如硅晶片的半导体基片的加工和如用于平板显示器的玻璃基片的介电材料的加工都要求很高的纯度，在这样的环境中就非常需要组件具有改进的防腐性能。

铝和铝合金通常被有于等离子体反应器的器壁、电极、基座、固定装置和其它组件。为了防止这种金属组件的腐蚀，人们应用了各种技术在铝表面涂覆了各种涂层。如美国专利5,641,375中公开了将铝质室壁阳极化，以降低该壁的等离子体腐蚀和磨损。’375专利指出阳极化层最后被溅射或腐蚀掉了，以至于不得不更换所述腔室。美国专利5,895,586描述了一种记载在日本申请未审公开62-103379中的在铝材上形成A1₂O₃、AlC、TiN、TiC、AlN等防腐膜的技术。

美国专利5,680,013提到在美国专利4,491,496中公开了一种在蚀刻室的金属表面用火焰喷镀Al₂O₃的技术。’013专利指出铝和陶瓷镀层(如氧化铝)之间热膨胀系数的不同导致了镀层在腐蚀性环境中由于热周期性变化而破坏和最后失效。为了保护腔室壁，美国专利5,366,585；5,798,016和5,885,356中提出了衬套装置。如’016专利公开了陶瓷、铝、钢和/或石英衬套，其中优选铝，因为铝的机械加工性能好且具有氧化铝、Sc₂O₃或Y₂O₃覆盖层，其中优选氧化铝来覆盖铝，以保护铝不受等离子体的影响。’585专利公开了一种自立式陶瓷衬套，其厚度至少0.005英寸，由固体氧化铝加工而成。’585专利还提到陶瓷层的使用，该陶瓷层是通过火焰喷镀或等离子喷镀氧化铝而沉积的，这样不会消耗位于下面的铝。’365专利公开了一种氧化铝的陶瓷衬套和一种用于保护晶片座的氮化铝陶瓷护罩。美国专利5,885,356公开了可用于CVD室的陶瓷衬套材料。

各种各样的镀层已被用于半导体加工设备的金属组件。例如，美国专利5,879,523公开了一种溅射室，其中在金属如不锈钢、铝上热喷镀了一层氧化铝，在其间具有任选的NiAl_x结合镀层。美国专利5,522,932和5,891,53公开了一种用于基片的等离子加工装置的金属组件的铑镀层，在其间具有任选的镍镀层。美国专利5,680,013公开了用于等离子体加工室中的金属表面的非连接型陶瓷保护，优选的陶瓷材料是经烧结的AlN，次优选的材料包括氧化铝、氟化镁和氧化镁。美国专利5,904,778公开了在自立式SiC上的SiC CVD镀层，其可以用作室壁、室顶或环绕着晶片的环圈。