[发明专利]一种用于半导体工艺设备的衬套机构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种衬套和其制造方法，特别是涉及一种用于半导体工艺设备的衬套机构及其制造方法。 

背景技术

干法刻蚀机、离子注入机和化学气相沉积(CVD)是集成电路制造工艺中所使用到的重要设备。在这几种设备中，将以卤族元素为主的工艺气体通入真空腔体中，并对气体施加射频场以产生高密度等离子体，如图1中所示。但是等离子体的轰击性和工艺气体的腐蚀性，将腐蚀暴露于等离子体氛围的工艺腔室部件，从而产生颗粒或金属杂质污染，给刻蚀工艺带来致命的影响。对于12寸设备和介质刻蚀设备而言，导入射频电源(RF)功率呈倍数递增，由此导致的等离子腐蚀问题更为严重。如何最小化这种不良影响，是集成电路制造装备业中面临的主要问题之一。 

现有技术中，多数采用Al₂O₃阳极氧化作为衬套结构，如图2或图3中所示，其中铝合金基体101的内侧设有Al₂O₃衬套层11。尽管该技术成熟，造价也较低，但是抗等离子腐蚀性不够好。在12寸设备以及其他采用大功率RF的设备上，铝合金的阳极氧化技术正逐渐被取代。 

还有一种技术采用Al₂O₃或Y₂O₃等离子喷涂，亦如图2或图3所示，其中其中铝合金基体1的内侧设有Al₂O₃或Y₂O₃的离子喷涂层11。此种技术容易引入钇等金属杂质，同时尽管目前的喷涂技术日趋成熟，但颗粒的剥落还是一个经常被抱怨的问题。另外，喷涂的技术和设备的高要求，导致了喷涂部件的费用较高。 

又如图1所示，衬套10构成了芯片20的刻蚀环境，其表面材料的杂质污染直接影响到芯片20的良率，决定工艺的成败。传统的表面处理工艺，比如铝的阳极氧化或者热喷涂处理，都不可避免的引入金属杂质。同时，衬套10作为接触等离子体100接触最多的部件，需要定期更换，是主要的消耗件之一。另外，尽管可以采用碳化硅(SiC)的烧结或者化学气相沉积(CVD)方式镀膜，但是制作周期漫长，价格昂贵，并且只能制作某些简单形状的零件，并且加工困难。交货期往往在30个星期以上。 

另外，现有的其他衬套加工方法例如采用烧结成型，由此产生的金属杂质含量较高，不适合制造复杂形状的零件，同时需要成本昂贵工时漫长的精加工。以及等静压成型方法，由此产生的纯度较低，同时很难生成复杂形状，并且材料各向异性。 

所以，上述现有技术中，都具有较为严重的技术缺陷。因此在衬套机构方面的技术改进，对于集成电路制造装备业而言更加显得尤为必要。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服上述现有技术的缺陷而提供一种可以减少内衬的杂质引入，同时增加内衬的寿命，降低机台拥有成本的衬套机构。 

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案： 

本发明的一种用于半导体工艺设备的衬套机构，所述衬套机构设置在半导体工艺设备的基体内侧，所述衬套机构包括至少内环衬套层和外环衬套层两层衬套，所述内环衬套层和外环衬套层相互套接，并且所述内环衬套层一体制成；其中，所述内环衬套层包括碳化硅材料，该碳化硅内环衬套层由石墨坯件经过反应生成。 

优选地，所述石墨坯件和/或内环衬套层的厚度为0.8-7mm。 

优选地，所述外环衬套层包括氧化铝，或氧化钇，或铝的阳极氧化层，或上述材料的组合物。所述内环衬套层还包括氮化硅材料。 

本发明的另一目的还在于提供一种用于半导体工艺设备的衬套机构的制造方法，包括如下步骤： 

A、加工用于制备内环衬套层的石墨坯件，使其尺寸与外环衬套层相互配合；B、对加工后的石墨坯件通入足量的氧化硅气体，并使石墨坯件在1200～2000℃的温度下反应生成碳化硅的内环衬套层，所述内环衬套层一体制成；C、套接碳化硅的内环衬套层和氧化铝和/或氧化钇的外环衬套层。 

优选地，在该方法中所述石墨坯件的厚度为0.8-7mm。所述内环衬套层在腐蚀磨损后可以更换。