CN101207002A - 一种半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其核心是在铝基材料零件进行阳极氧化的基础上，再在铝阳极氧化层上喷涂一定厚度的AlF₃层，可较大程度减少高腐蚀、高活性等离子体对铝部件的腐蚀及其表面产生的副产物对刻蚀工艺的影响，延长了铝部件的使用寿命。

Description

一种半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种物体的表面处理方法，尤其涉及微电子工艺过程中半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法。

背景技术

半导体刻蚀设备在进行半导体刻蚀过程中，等离子刻蚀是其中重要且需多次重复的步骤，在等离子刻蚀工艺时，半导体刻蚀设备的等离子体刻蚀腔室处于高密度、高腐蚀、高活性等离子体环境中，腔室及其组件极易受到等离子体的腐蚀，为了延长这些组件的使用寿命，现在经常采用在铝基材料(铝与铝合金)表面进行阳极氧化或喷涂上一层三氧化二铝Al₂O₃或三氧化二钇Y₂O₃，作为铝基材料表面的保护层，可以有效地降低了等离子体对腔室及其它铝基材料的腐蚀，但表面保护层中Al₂O₃也可与卤素特别是含有F等离子体反应，生成AlF^-、AlF₂ ^-、AlF₃等副产物，但随着半导体制备工艺尺寸的减小和晶圆尺寸增加，需要更为稳定的腔室及其铝部件，这就要为组件提供更强的抗腐蚀保护层。

现有技术还有一种方式是在铝基材料的表面沉积氟化铝AlF₃阻挡层，为了使氟化铝层能很好的粘附到铝基材料的表面，通常采用β相小于10％的AlF₃来作为阻挡层，但是铝基材料的表面材料的不均匀性与表面不可避免地存在的氧化物对氟化铝层的粘附强度造成很大的影响，氟化铝层容易断裂。由于氟化铝阻挡层断裂，和底层的铝反应的氟就会导致该层下面的氟化铝的额外的增长，甚至会导致氟化铝阻挡层和基层的铝基材料的表面分离。阻挡层剥落的氟化铝碎片成为损害工艺进程的颗粒污染源。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，在零件的铝基材料基体上形成防止等离子体腐蚀的保护层，且此防护层不易与等离子体反应，也不易脱落。提高零件的使用寿命，长时间满足生产要求主。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，包括以下步骤：

A、对铝基材料零件进行阳极氧化处理，在铝基材料零件表面形成均匀的阳极氧化层；

B、在零件的阳极氧化层上涂覆氟化铝AlF₃。

所述的步骤A包括：

将铝基材料零件作为阳极，浸泡于电解液中进行阳极氧化处理。

所述的电解液为硫酸液。

所述的步骤A前还包括：

A1、对铝基材料零件的表面进行碱蚀；

A2、碱蚀后，对铝基材料零件的表面进行化学抛光。

所述碱蚀过程采用氢氧化钠NaOH水溶液清洗零件；或者，

所述化学抛光过程采用硫酸H₂SO₄、磷酸H₃PO₄与硝酸HNO₃的混合水溶液浸泡零件。

所述的步骤A后还包括：

对铝基材料零件表面的阳极氧化膜中的微孔进行封孔处理，通过氧化铝水合反应，将非晶态氧化铝转化成水合氧化铝，利用其体积膨胀对阳极氧化膜中的微孔进行填充封闭。

所述的步骤B包括：

采用惰性气体等离子体将AlF₃粉体加热至液态，涂覆于阳极氧化膜层表面，形成均匀的AlF₃涂层。

所述的惰性气体可采用氦气、氖气或氩气，且等离子气体温度在1400℃以上。

所述的AlF₃涂层中的α相AlF₃大于92％，β相要控制在8％以内；和/或，

所述的AlF₃粉体采用粒度一致的的AlF₃粉体；和/或，

所述的AlF₃涂层的厚度为5-20um。

其特征在于，所述的步骤B前还包括：

将阳极氧化后的铝基材料预热到300℃左右后进行涂覆氟化铝AlF₃操作。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其核心是在铝基材料零件进行阳极氧化的基础上，再在铝阳极氧化层上喷涂一定厚度的AlF₃层，可较大程度减少高腐蚀、高活性等离子体对铝部件的腐蚀及其表面产生的副产物对刻蚀工艺的影响，延长了铝部件的使用寿命。

具体实施方式

作为半导体刻蚀设备的主体部分铝基材料通常采用铝合金(很少使用纯铝)，原料经常是锻压、挤压、轧制的材料，而采用的是5052和6061等铝合金。6×××系列的铝合金是Al-Mg-Si系铝合金，其成份中含有锰和铬，锰和铬的加入可以中和铁的有害作用，其成份中含有铜和锌，铜和锌的添加可以提高合金的强度，又不降低耐蚀性。该系合金有很好得综合性能，应用面相当宽。其中，6061合金由于强度较高、可焊性和耐蚀性较好等原因，其管、棒、型材常作为工业结构件。锻铝6061成分：Si元素含量在0.4％-0.8％范围内，Fe元素含量小于0.7％，Cu元素含量在0.15％-0.4％范围内，Mn元素含量在0.15％，Mg元素含量在0.8％-1.2％，Zn元素含量在0.25％，Ti元素含量在0.15％。

本发明所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其核心是在铝基材料零件进行阳极氧化的基础上，再在铝阳极氧化层上喷涂一定厚度的AlF₃层，其中AlF₃喷涂层中β相的AlF₃控制在小于8％范围内。处理过程具体包括：

一、对铝基材料零件的表面进行碱蚀；

就是采用氢氧化钠NaOH水溶液清洗零件；具体采用30g/L-80g/L的的NaOH水溶液在50℃以上清洗铝基材料零件的表面3min后，用去离子水冲洗。用于清洗表面的杂质。

最佳的方案为采用60g/L的NaOH水溶液在70℃下清洗铝基材料零件的表面3min后，用去离子水冲洗。用于清洗表面的杂质。

此过程为可选步骤，如铝基材料零件的表面足够洁净可以不用。

二、对碱蚀后的铝基材料零件的表面进行化学抛光

就是采用硫酸H₂SO₄、磷酸H₃PO₄与硝酸HNO₃的混合水溶液浸泡零件进行化学抛光。具体采用硫酸体积含量15.5％，磷酸体积含量77.5％，硝酸体积含量6％，其余为水在110-120℃下浸泡1-5min。可根据表面的痕迹或擦伤划伤等情况具体调整各种酸液比例和含量。之后再用去离子水冲洗干净。消除表面的划痕和其他缺陷。

此过程为可选步骤，如铝基材料零件的表面足够光洁、无划痕和其他缺陷，可以不用。

三、对铝基材料零件进行阳极氧化处理

对足够光洁、无划痕和其他缺陷的足够洁净的铝基材料零件进行阳极氧化处理，在铝基材料零件表面形成均匀的阳极氧化层；一般将铝基材料零件作为阳极，浸泡于电解液中进行阳极氧化处理。电解液一般是采用低温硫酸或添加草酸的混酸法，通入直流电或脉冲电流。

具体将铝基材料零件放入装有电解液的电解槽中，作为阳极的铝基材料零件一定要与阴极有一定的距离。其中电解液各种物质含量为硫酸150-300g/L，电解槽内温度在-8-10℃之间的低温，电流密度在0.5A/dm²-5A/dm²；其中阳极氧化阻挡层在氧化初始阶段形成，其厚度有电压决定，典型的阳极氧化阻挡层电压在10-30V。通常电压每提高1V，阻挡层的厚度增加

。

四、对铝基材料零件表面的阳极氧化膜中的微孔进行封孔处理

采用以上工艺得到的阳极氧化膜具有密度高，孔径均匀等特点。可以对铝基材料零件表面的阳极氧化膜中的微孔进行封孔处理，采用沸水封孔或加压水蒸汽封孔。通过氧化铝水合反应，将非晶态氧化铝转化成水合氧化铝，利用其体积膨胀(比原氧化膜扩大30％)对阳极氧化膜中的微孔进行填充封闭。

此过程为可选步骤，铝基材料零件的表面涂覆的AlF₃涂层能较好抵抗等离子体的腐蚀，进行封孔处理可避免因AlF₃涂层因其他意外情况出现的空隙，而使等离子体直接通过阳极氧化孔对基体进行腐蚀；对阳极氧化膜进行封孔处理，也可提高铝部件保护层的抗电压性能。

五、对将阳极氧化后的铝基材料进行预热

将阳极氧化后的铝基材料预热到300℃左右后进行涂覆氟化铝AlF₃操作。目的是为了提高AlF3层的粘附力。

此过程为可选步骤，如铝基材料零件的表面涂覆的AlF₃涂层的粘附性能足够高或已经满足要求，可以不用。

六、在零件的阳极氧化层上涂覆氟化铝AlF₃

采用惰性气体等离子体将AlF₃粉体加热至液态，涂覆于阳极氧化膜层表面，形成均匀的AlF₃涂层。所述的惰性气体可采用氦气、氖气或氩气等，且等离子气体温度在1400℃以上。

为了得到高质量的AlF₃喷涂层，要求所述的AlF₃涂层中的α相AlF₃大于92％，β相要控制在8％以内；因α相与β相AlF₃晶格参数等的差异，降低β相AlF₃可减少AlF₃因应力等问题而产生的膜层断裂及脱离现象。所述的AlF₃涂层中β相最佳量要控制在6％以内。

所述的AlF₃粉体采用粒度一致的的AlF₃粉体；可提高AlF₃层的均匀性。所述的AlF₃涂层的厚度为5-20um。

用上述方法制备的涂层具有高致密性，可大大减少卤素化合物的渗透，这与粉体的性质和喷涂工艺是密切相关的。

综上所述，在铝部件进行硬质阳极氧化的基础上，在铝氧化膜上喷涂AlF₃，可较大程度减少高腐蚀、高活性等离子体对铝部件的腐蚀及其表面产生的副产物对刻蚀工艺的影响，延长了铝部件的使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、对铝基材料零件进行阳极氧化处理，在铝基材料零件表面形成均匀的阳极氧化层；

B、在零件的阳极氧化层上涂覆氟化铝AlF₃。

2.根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

将铝基材料零件作为阳极，浸泡于电解液中进行阳极氧化处理。

3.根据权利要求2所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其特征在于，所述的电解液为硫酸液。

4.根据权利要求1、2或3所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其特征在于，所述的步骤A前还包括：

A1、对铝基材料零件的表面进行碱蚀；

A2、碱蚀后，对铝基材料零件的表面进行化学抛光。

5.根据权利要求4所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其特征在于：

所述碱蚀过程采用氢氧化钠NaOH水溶液清洗零件；或者，

所述化学抛光过程采用硫酸H₂SO₄、磷酸H₃PO₄与硝酸HNO₃的混合水溶液浸泡零件。

6.根据权利要求1、2或3所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其特征在于，所述的步骤A后还包括：

对铝基材料零件表面的阳极氧化膜中的微孔进行封孔处理，通过氧化铝水合反应，将非晶态氧化铝转化成水合氧化铝，利用其体积膨胀对阳极氧化膜中的微孔进行填充封闭。

7.根据权利要求1所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

采用惰性气体等离子体将AlF₃粉体加热至液态，涂覆于阳极氧化膜层表面，形成均匀的AlF₃涂层。

8.根据权利要求7所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其特征在于，所述的惰性气体可采用氦气、氖气或氩气，且等离子气体温度在1400℃以上。

9.根据权利要求7所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其特征在于：

所述的AlF₃涂层中的α相AlF₃大于92％，β相要控制在8％以内；和/或，

所述的AlF₃粉体采用粒度一致的的AlF₃粉体；和/或，

所述的AlF₃涂层的厚度为5-20um。

10.根据权利要求1、7、8或9所述的半导体刻蚀设备中零件的表面处理方法，其特征在于，所述的步骤B前还包括：

将阳极氧化后的铝基材料预热到300℃左右后进行涂覆氟化铝AlF₃操作。