[发明专利]用于等离子体处理腔室内部的部件及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体处理腔室，特别地，涉及一种用于等离子体处理腔室的多个部件的涂层，其增强了部件在活性等离子体组分中的抗侵蚀特性。

背景技术

在等离子处理腔室中，气体喷淋头常被用于注入反应气体。在特定的等离子处理腔室中，例如电容耦合型等离子体处理腔室（capacitively-coupledplasma chambers），气体喷淋头也可执行电极的功能，其耦接于大地或者射频电位。然而，在制程中，前述气体喷淋头曝露于等离子体中并被等离子体中的活性成份侵蚀，例如卤素等离子体CF₄、Cl₂等。这种现象对于具有一化学气相沉积的碳化硅涂层（CVD SiC）的气体喷淋头来说尤其麻烦。

另一曝露于等离子体中的腔室部件是夹盘，例如静电夹盘。静电夹盘通常用于充当射频功率的下电极和基片支撑座。由于静电夹盘在腔室中曝露于等离子体，静电夹盘在制程中会受到等离子体侵蚀和基片磨损。因此，静电夹盘的表面在等离子体刻蚀制程中必须坚硬和稳定。然而，现有的静电夹盘通常由固体陶瓷制成，例如Al₂O₃或AlN，其可被等离子体侵蚀，并在制程中造成污染。

其它在腔室中接触等离子体的部件，例如，聚焦环，等离子体约束环，反应腔内衬等。特别地，是由阳极化的铝制成的部件。

在现有技术中，为了保护气体喷淋头和静电夹盘不被等离子体侵蚀，各种各样的涂层已经被提出并进行验证。氧化钇（Y₂O₃）涂层被认为是有希望的；然而，要找到一种形成好涂层的制程却非常困难，特别是那些不产生裂缝或产生粒子污染（particle）的制程。例如，业内已经提出过利用等离子体喷涂(plasma spray，简称PS)来涂覆由金属、合金或陶瓷制成的腔室部件。然而，传统的等离子体喷涂Y₂O₃涂层是利用喷涂的Y₂O₃粒子形成的，并且通常导致形成的涂层具有高表面粗糙度（Ra大于4微米或更多）和相对高的孔隙度（体积率大于3%）。这种高粗糙度和多孔结构使得涂层易产生颗粒，其有可能导致制程基片的污染。另外，由于气体注入孔内的等离子体喷涂层非常粗糙并和基体具有较弱的粘附力，当这种被喷涂过的气体喷淋头在等离子处理腔室中使用时，所述颗粒会从气体注入口出来，掉落到基片上。

并且，等离子体喷涂Y₂O₃涂层通常沉积于铝合金部件上，其表面事先被阳极化处理。由于等离子体喷涂Y₂O₃涂层对阳极化表面的粘附力很弱，阳极化处理层必须在等离子体喷涂Y₂O₃之前从部件上移除，其增加了生产成本。即，在现有技术中，通常先阳极化处理然后密封阳极化处理的腔室部件。然后，部件上那些将会被曝露于等离子体的区域上的阳极化处理层将被移除。而曝露于等离子体的区域则被等离子体喷涂的Y2O3(PS Y2O3)涂覆，以避免氧化钇和铝之间的粘附问题。

另一缺陷在于，由于Y₂O₃涂层和铝合金的热膨胀系数差别很大，厚的等离子体喷涂Y₂O₃涂层具有较弱的结构稳定性，当使用温度升高时，其容易破裂。