CN102918605A - 经涂覆之石墨物件及石墨物件之反应性离子蚀刻制造及整修 - Google Patents

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Abstract

根据本发明之一具体实例，提供一种经涂覆之石墨物件。该物件包含：石墨，及一覆盖该石墨之至少一部分之导电涂层。该导电涂层包含一贯穿该石墨及该导电涂层之厚度所量测得的小于约50欧姆之全厚度电阻。根据本发明之另一具体实例，提供一种用于制造一包含一导电涂层之石墨物件的方法。该方法包含：使用一反应性离子蚀刻制程处理该物件之石墨；及在使用该反应性离子蚀刻制程处理该石墨之后，将该导电涂层涂布于该石墨之至少一部分上。在根据本发明之又一具体实例中，提供一种用于整修一包含石墨及一上覆导电涂层之石墨物件的方法。该方法包含：使用一反应性离子蚀刻制程移除该石墨物件之该上覆导电涂层；及将一新导电涂层涂布于该石墨之至少一部分上。

Description

经涂覆之石墨物件及石墨物件之反应性离子蚀刻制造及整修
相关申请案
本申请案主张2010年4月21日申请之美国临时申请案第61/326,462号之权利；且主张2010年4月21日申请之美国临时申请案第61/326,469号之权利；且主张2010年4月21日申请之美国临时申请案第61/326,473号之权利。以上申请案之全部教示以引用的方式并入本文中。
背景技术
使用离子植入技术将杂质引入至诸如半导体晶圆之工件中。然而在植入期间，产生可能会污染工件之粒子。如Stone等人之美国专利申请公开案第2009/0179158Al号中所论述，可使用腔室衬里给执行离子植入制程之处理腔室加衬里，该案之揭示内容在此全文以引用方式并入本文中。
石墨已习知地用作用于处理腔室之衬里。每隔四周左右，需要替换石墨衬里以便防止对离子植入制程中所制造之半导体晶圆的过度污染。该替换及随之发生之植入工具停机时间可能代价高昂，且由于在执行维护之后需要「调适（season）」处理腔室而增加成本。典型地，调适新的植入器或刚刚执行过预防性维护之植入器所用的的时间过长。浪费掉许多晶圆且延长停机时间，此情况给消费者带来高成本。
因此，目前需要用于真空腔室及其他应用之经改良保护性衬里，及制造且替换此等衬里之技术。
发明内容
根据本发明之一具体实例，提供一种经涂覆之石墨物件。该物件包含石墨及一覆盖该石墨之至少一部分之导电涂层。该导电涂层包含一贯穿该石墨及该导电涂层之厚度所量测得的小于约50欧姆之全厚度电阻（through-thicknessresistance）。
在另外的相关具体实例中，该物件可包含真空腔室之衬里，诸如离子植入工具之真空腔室之衬里。该真空腔室可包含粒子束，且该衬里之面朝该粒子束之至少一部分可包含该石墨及该上覆导电涂层。该衬里之整个表面可包含该石墨及该上覆导电涂层。该导电涂层可包含小于约百万分之一的总杂质含量（total impurity level）；且可包含小于约千万分之一的总杂质含量。该杂质含量可包含准许大于约1原子百分比的碳、硅、氮及氢中之至少一者。该杂质含量可包含准许小于约1原子百分比的掺杂剂，所述准许掺杂剂包含硼、磷及砷中之至少一者。
在另外的相关具体实例中，该导电涂层可包含碳化硅；且可包含以原子百分比计至少约40%碳与约60%硅的碳硅比。该导电涂层可包含非化学计量碳化硅。该导电涂层可包含非晶氢化碳化硅（a-SiC:H），且可包含等份之硅与碳；且可包含在约250nm之约50nm内之厚度。该导电涂层可包含小于约1000nm之厚度。此外，该导电涂层可包含大于约100nm之厚度。此外，该导电涂层可包含在约250nm之约50nm内之厚度；且可包含在约500nm之约50nm内之厚度。
在其他相关具体实例中，该石墨可包含一藉由包含以下各者之制程产生之产物：在加工该石墨之前纯化该石墨；加工该石墨；及在加工该石墨之后纯化该石墨。该石墨可包含基于在该石墨之石墨化之前具有在约3微米与约8微米之间的平均晶粒大小之碳起始材料的石墨；且可包含基于在该石墨之石墨化之前具有约5微米的平均晶粒大小之碳起始材料的石墨。具有该导电涂层之该物件可包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射的表面；且可包含使用光学密度带测试产生大于约80%之密度计透射的表面。该导电涂层可抑制该物件上之奈米柱之生长。
在另外的相关具体实例中，该导电涂层可包含碳；且可包含类钻碳。该导电涂层可包含在约500nm之约50nm内之厚度。该导电涂层可包含非晶碳；且可包含非晶氢化含氮碳。该导电涂层可包含以原子百分比计最多25%之氢，且该导电涂层可包含基于除了氢之外之元素的组成物，所述元素为以原子百分比计至少约80%之碳与约20%之氮。该导电涂层可包含基于除了氢之外之元素的组成物，所述元素介于（i）以原子百分比计约85%之碳与约15%之氮及（ii）以原子百分比计约90%之碳与约10%之氮之间。
在另外的相关具体实例中，该石墨可包含微量的由离子源赋予之至少一种物质；该导电涂层可不包含微量的由该离子源赋予之该至少一种物质；且该物件可包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射的表面。该物件可包含使用光学密度带测试产生大于约80%之密度计透射的表面。由该离子源赋予之该物质可包含光阻、硼、砷、硅及磷中之至少一者；且可包含来自离子植入制程之背部溅镀材料及来自离子植入制程之蒸发材料中之至少一者。
在根据本发明之另一具体实例中，提供一种用于制造包含导电涂层之石墨物件的方法。该方法包含：使用反应性离子蚀刻制程处理该物件之石墨；及在使用该反应性离子蚀刻制程处理该石墨之后，将该导电涂层涂布于该石墨之至少一部分上。
在另外的相关具体实例中，使用该反应性离子蚀刻制程处理该物件可包含使用氩氧电浆来处理该物件。该石墨可包含基于在该石墨之石墨化之前具有在约3微米与约8微米之间（诸如，在该石墨之石墨化之前为约5微米）的一平均晶粒大小之碳起始材料的石墨。该石墨可由以下步骤产生：在加工用于该物件之石墨之前纯化用于该物件之该石墨；加工用于该物件之该石墨；及在加工用于该物件之该石墨之后纯化用于该物件之该石墨。该制成物件可包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射（诸如大于约80%之密度计透射）的表面。该物件可包含真空腔室之衬里，诸如离子植入工具之真空腔室之衬里。该真空腔室可包含粒子束，且该方法可包含将该上覆导电涂层涂布至该衬里之面朝该粒子束之至少一部分。该方法可包含将该上覆导电涂层涂布至该衬里之整个表面。
在另外的相关具体实例中，该反应性离子蚀刻制程可包含在小于约150℃之温度下进行沈积蚀刻。该反应性离子蚀刻制程可包含使用氩气态前驱体、氧气态前驱体及氮气态前驱体中之至少一者；且可包含使用射频功率。该反应性离子蚀刻制程可包含使用氩气态前驱体及氧气态前驱体，使用针对氩为约1.5毫托且针对氧为约0.5毫托的开放式挡板部分压力（open baffle partial pressure），使用为约5毫托之制程挡板压力（process baffle pressure），使用为约500W之射频功率，历时约10分钟。
在另外的相关具体实例中，该所涂布导电涂层可包含贯穿该石墨及该导电涂层之厚度所量测得的小于约50欧姆之全厚度电阻。该导电涂层可包含碳化硅；且可包含非晶氢化碳化硅（a-SiC:H），该非晶氢化碳化硅（a-SiC:H）包含等份之硅与碳且包含一在约250nm之约50nm内之厚度。该导电涂层可包含类钻碳；且可包含在约500nm之约50nm内之厚度。
在根据本发明之另一具体实例中，提供一种用于整修包含石墨及上覆导电涂层之石墨物件的方法。该方法包含：使用反应性离子蚀刻制程移除该石墨物件之该上覆导电涂层之至少一部分；及将新导电涂层涂布于该石墨之该至少一部分上。
在另外的相关具体实例中，该反应性离子蚀刻制程可包含使用氩氧电浆来处理该物件。该石墨及该导电涂层之被移除之该至少一部分中的至少一者可包含微量的由一离子源赋予之至少一种物质。由该离子源赋予之该物质可包含光阻、硼、砷、硅及磷中之至少一者；且可包含来自离子植入制程之背部溅镀材料及来自一离子植入制程之蒸发材料中之至少一者。该石墨可包含基于在该石墨之石墨化之前具有在约3微米与约8微米之间（诸如，在该石墨之石墨化之前为约5微米）的平均晶粒大小之碳起始材料的石墨。该石墨可包含由以下步骤产生之石墨：在加工用于该物件之石墨之前纯化用于该物件之该石墨；加工用于该物件之该石墨；及在加工用于该物件之该石墨之后纯化用于该物件之该石墨。该物件可包含真空腔室之衬里，诸如离子植入工具之真空腔室之衬里。该真空腔室可包含粒子束，且该方法可包含将该新导电涂层涂布至该衬里之面朝该粒子束之至少一部分。该方法可包含将该新导电涂层涂布至该衬里之整个表面。该方法可包含在移除该上覆导电涂层之该至少一部分之前自该真空腔室移除该物件。
在另外的相关具体实例中，该反应性离子蚀刻制程可包含在小于约150℃之温度下进行沈积蚀刻；且可包含使用氩气态前驱体、氧气态前驱体、氮气态前驱体、氟气态前驱体及氯气态前驱体中之至少一者。该反应性离子蚀刻制程可包含使用射频功率。该反应性离子蚀刻制程可包含使用氩气态前驱体、氧气态前驱体及四氟化碳气态前驱体，使用针对氩为约1毫托且针对氧为约0.5毫托且针对四氟化碳为约1.5毫托的开放式挡板部分压力，使用约5毫托至约15毫托之制程挡板压力，使用为约500W之射频功率，历时约10分钟至约30分钟。该方法可进一步包含在执行该反应性离子蚀刻制程之前执行额外清洗制程。该额外清洗制程可包含水性超音波清洗、高温纯化、二氧化碳喷击（carbondioxide blasting）、珠粒喷击（bead blasting）及浆料喷击（slurry blasting）中之至少一者。该反应性离子蚀刻制程可包含使用氩/氧/四氟化碳电浆；氩/氧/四氟化碳电浆可包含至少约10%之四氟化碳、至少约30%之四氟化碳及至少约60%之四氟化碳。一旦经整修，该物件可包含使用一光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射（诸如大于约80%之密度计透射）的表面。
在另外的相关具体实例中，该新的所涂布导电涂层可包含贯穿该石墨及该导电涂层之厚度所量测得的小于约50欧姆之全厚度电阻。该导电涂层可包含碳化硅；且可包含非晶氢化碳化硅（a-SiC:H），该非晶氢化碳化硅（a-SiC:H）包含等份之硅与碳且包含在约250nm之约50nm内之厚度。该导电涂层可包含类钻碳；且可包含在约500nm之约50nm内之厚度。
在根据本发明之另一具体实例中，提供一种经涂覆之石墨物件。该物件包含：石墨，该石墨包含微量的由一离子源赋予之至少一种物质；及覆盖该石墨之至少一部分之导电涂层，该导电涂层不包含微量的由该离子源赋予之该至少一种物质。该物件包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射的表面。
在另外的相关具体实例中，该物件包含使用光学密度带测试产生大于约80%之密度计透射的表面。由该离子源赋予之该物质可包含光阻、硼、砷、硅及磷中之至少一者；且可包含来自离子植入制程之背部溅镀材料及来自一离子植入制程之蒸发材料中之至少一者。
前述内容将自以下对如随附图式中所说明之本发明之例示性具体实例的更特定描述变得显而易见，在随附图式中，相同参考字符贯穿不同视图指代相同部分。所述图式未必按比例绘制，而是将重点放在说明本发明之具体实例上。
附图说明
图1说明量测根据本发明之一具体实例的导电涂层之全厚度电阻之技术。
图2为根据本发明之一具体实例的碳化硅涂层之全厚度电阻与涂层厚度的图解。
图3为根据本发明之一具体实例的碳化硅涂层之若干不同厚度的扫描电子显微图。
图4为根据本发明之一具体实例的下伏石墨上之类钻碳涂层的扫描电子显微图。
图5为根据本发明之一具体实例的碳化硅涂层之若干不同厚度之光学透射百分率的图解。
图6为展示对石墨（诸如可根据本发明之一具体实例予以涂覆之石墨类型）之离子束轰击之作用的一组扫描电子显微图影像。
图7为用于特性化将根据本发明之一具体实例来整修之所使用石墨衬里组件之样本群组的能量色散X射线光谱仪（EDS）结果之图表。
图8展示使用根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻整修来清洗图7之组件的结果，其中所述结果系提供为所存在之每一种类之原子百分比的EDS数字。
图9展示使用根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻整修来清洗图7之组件的另外结果，其中所述结果系提供为每一组件之电阻。
图10为在根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻整修之前及之后图7之组件中之一者的扫描电子显微图影像。
图11A为根据本发明之一具体实例对图10中展示之组件执行之若干不同反应性离子蚀刻整修程序的作用的图表。
图11B为根据本发明之一具体实例以图解形式展示图11A之结果的图。
图12为在藉由根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻制程进行预清洗之前若干石墨样本之微结构的扫描电子显微图影像。
图13为在藉由根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻制程进行预清洗之后石墨样本之微结构的扫描电子显微图影像。
图14为在根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻处理之前及之后对图12之石墨样本执行之光学密度带测试的结果的一组相片。
具体实施方式
本发明之实例具体实例之描述如下。
在根据本发明之一具体实例中，提供一种用于给离子植入工具或其他工具之束线加衬里之材料，无论在什么情况下需要高导电性石墨衬里，该材料均为有用的。该材料组合高纯度石墨与表面涂覆技术，其在衬里用于离子植入或其他工具中时导致产生较少的不良粒子。石墨可针对植入制程得以最佳化。归因于处理腔室之调适时间（seasoning time）缩短，衬里引起在预防性维护操作期间的机器停机时间减少。此外，超清洁衬里可引起由离子植入工具处理之半导体晶圆上之粒子减少。
由于具有高导电性，根据本发明之一具体实例的衬里减小电荷堆积于衬里上之趋势，此堆积可使离子植入工具中所使用之离子束自其意欲路径偏转。根据本发明之一具体实例的物件可用于广泛多种不同的可能应用中，例如用作真空腔室（诸如在离子植入工具中）之衬里。在粒子束用于真空腔室中之情况下，至少该衬里之面朝粒子束之部分可包含石墨及上覆导电涂层，或该衬里之整个表面可包含石墨及上覆导电涂层。此外，可根据本文中所描述之技术来制造及/或整修此等衬里。
根据本发明之一具体实例可包含涂覆有高导电材料之薄层之石墨，其可用作用于处理腔室之衬里。传统地，将未经涂覆之石墨用于类似目的。根据本发明之一具体实例的经涂覆之石墨衬里优于传统的未经涂覆之石墨衬里的优点包括如下能力：达成较高表面纯度级，减少在使用衬里时形成的粒子，改良抵抗由离子轰击引起之侵蚀之表面强度，且提供衬里之较短调适时间及较长寿命。腔室衬里可减少首次晶圆时间，且可减少衬里之表面上之发弧。
根据本发明之一具体实例，该衬里可包含经涂覆之石墨物件，该经涂覆之石墨物件包括石墨及导电表面涂层。该导电表面涂层可由高纯度导电材料形成，该高纯度导电材料具有诸如本文中所描述之合适组成物，且具有保持衬里之导电性为合适地高之涂层厚度，如下文所描述。下伏石墨可由仔细地选择之石墨起始材料形成且经纯化，如下文所描述。
根据本发明之另一具体实例，提供一种用于制造及/或整修离子植入工具或其他工具之束线之衬里的技术，无论在什么情况下需要低粒子化石墨衬里，该技术均为有用的。制造及/或整修衬里之技术可与针对植入制程得以最佳化之高纯度石墨组合，且可在衬里用于离子植入或其他工具中时导致产生较少的不良粒子。各个部分可经整修为具有最少的消融及污染之就像新的状况。归因于处理腔室之调适时间缩短，该技术引起在预防性维护操作期间的机器停机时间减少。此外，藉由此技术产生或整修之超清洁衬里可引起由离子植入工具处理之半导体晶圆上之粒子减少。
根据本发明之一具体实例的技术可包括在涂布一涂层之前使用反应性离子蚀刻制程来处理石墨；且可包括使用反应性离子蚀刻制程来整修所使用之石墨衬里，所使用之石墨衬里可包括上覆导电涂层。该反应性离子蚀刻制程可包括氩氧电浆，且可针对低粒子化得以最佳化，如下文所描述。整修制程可使在衬里中使用之石墨返回至对尺寸控制有最小影响的如同新的状况。此技术及衬里制造技术可用于特别选择之石墨起始材料及石墨之纯化，如下文所论述。此外，制造及整修之反应性离子蚀刻技术可用于涂覆有高导电涂层（诸如本文中所阐述之涂层）之石墨衬里。
图1说明量测根据本发明之一具体实例的导电涂层之全厚度电阻之技术。根据本发明之一具体实例之导电（非绝缘）涂层可包含贯穿石墨及导电涂层之厚度所量测得的小于约50欧姆之全厚度电阻。如本文中所使用，「全厚度电阻」可藉由以下操作量测得：将数位万用表之测试引线附接至下伏石墨上之未经涂覆之点，且将数位万用表之另一引线附接于经涂覆之表面上或经涂覆之表面上之导电带贴片（例如，0.25cm×0.25cm之导电带贴片）上。举例而言，参看图1，在石墨102上之未经涂覆之点上之测试引线101与导电涂层104之表面上之测试引线103之间量测得电阻R。
根据本发明之一具体实例，该导电涂层可具有高纯度级。举例而言，该导电涂层可包含小于约百万分之一的总杂质含量，且详言之可包含小于约千万分之一的总杂质含量。该杂质含量可包含准许大于约1原子百分比的碳、硅、氮及/或氢。此外，该杂质含量可包含准许小于约1原子百分比的掺杂剂，诸如硼、磷及/或砷。
根据本发明之一具体实例，该导电涂层可包含若干不同可能类型之组成物。该涂层可包含具有以原子百分比计为约50:50之碳硅比，或高于40:60之碳硅比（诸如高于50:50之碳硅比）的硅碳涂层。可使用其他涂层，尤其具有上文描述之纯度及导电性特性之涂层。举例而言，根据本发明之一具体实例可使用包括SilcoMaxTM之碳化硅涂层，SilcoMaxTM系由美国马萨诸塞州伯灵顿之Entegris Specialty Coatings制造。举例而言，具有约50份Si:50份C（以原子百分比计）之组成物的SilcoMaxTM可沈积为厚度约300nm之导电涂层，其具有约10欧姆之全厚度电阻。此外，该涂层可包含类钻碳涂层。可使用其他纯（或基本上为纯的）碳涂层，尤其具有上文描述之纯度及导电性特性之涂层。举例而言，类钻碳可沈积为厚度约500nm之导电涂层，其具有小于约50欧姆之全厚度电阻。此外，该涂层可包含非晶碳。另外，该涂层可包含非晶氢化含氮碳或非晶掺氮碳，而非纯碳涂层。非晶氢化含氮碳可包括以原子百分比计最多25%之氢，且基于除了氢之外之元素的组成物可具有以原子百分比计为80:20之碳氮比，或较高的碳氮比（不包括氢），较佳地约85:15至约90:10之碳氮比（不包括氢）。
图2为根据本发明之一具体实例的SiC涂层之全厚度电阻与涂层厚度的图解。根据本发明之一具体实例的导电涂层的最大理想涂层厚度可基于涂层之体电阻率（或类似地，全厚度电阻）来判定：亦即，材料之体电阻率（或全厚度电阻）愈低，涂层可能愈厚，同时仍达成理想高导电性等级。参看图2之图解，基于该图解之斜率可看出，该图解之SiC涂层可使用最多为约10,000埃（亦即，1000nm或1微米）之厚度，此厚度为涂层之全厚度电阻将开始超过约50欧姆时的大致厚度。然而，可使具有较低体电阻率之涂层较厚，同时仍达成理想高涂层导电性。举例而言，非晶氢化含氮碳涂层可具有相对较低的体电阻率，且因此可使其相对较厚，同时仍达成理想高涂层导电性。尽管涂层应足够薄以提供高导电性，但其应足够厚以防止在涂层较薄的情况下可能发生之有所增加之粒子化。此外，若涂层过厚，则其可能由于粘着问题而具有不良剥落。举例而言，涂层可包含小于约1000nm之厚度；且可包含大于约100nm之厚度。咸信使用由电浆增强化学气相沈积（PECVD）非晶氢化碳化硅（a-SiC:H）制成之导电涂层获得尤其好的结果，该导电涂层具有等份之硅与碳，且厚度为约250nm+/-约50nm；但可使用其他涂层。在使用非晶氢化碳化硅（a-SiC:H）之情况下，该材料可包括以原子百分比计多达15%之氢，该材料之剩余部分为等份之硅与碳。该导电涂层可尽可能为化学计量的，或可包含非化学计量碳化硅。此外，咸信使用具有约500nm+/-约50nm之厚度的类钻碳涂层获得尤其好的结果；但可使用其他涂层。
根据本发明之一具体实例，该涂层可藉由化学气相沈积（CVD）或物理气相沈积（PVD）形成。该涂层可包含高纯度材料，诸如非晶或奈米结晶之基于硅之合金：硅、硅-碳、硅-氮-碳及/或硅-氧-碳；或诸如类钻碳、非晶碳或其他纯（或基本上为纯的）碳形式的材料。涂覆制程参数可包括：低温沈积（诸如小于约150℃）；射频或低频功率；气态硅及烃前驱体，及/或氧及/或氮气态前驱体，或碳前驱体；几百埃至几千埃或更大之涂层厚度；及各种可能的电压、压力及气态前驱体流动速率，如熟习此项技术者将了解。至少可涂覆衬里之面朝射束之侧。另外有利的是涂覆衬里之背部（不面朝射束之）侧以便减少由处置产生之粒子。
图3为根据本发明之一具体实例的SiC涂层之若干不同厚度的扫描电子显微图。展示具有500埃、2000埃及4000埃厚度（50nm、200nm及400nm）的涂层之表面，其中在上方三个图中尺度为10μm，且在下方三个图中尺度为1μm。
图4为根据本发明之一具体实例的下伏石墨上之类钻碳之涂层的扫描电子显微图。在右侧行中展示具有2000埃厚度（200nm）之表面涂层，其中在上图中尺度为10μm，且在下图中尺度为1μm；而在左行中展示下伏（未经涂覆）石墨，其中在上图中尺度为10μm，且在下图中尺度为1μm。
根据本发明之一具体实例，导电涂层及下伏石墨可经最佳化以产生低的离子化程度。粒子产生可能对制造制程（诸如可使用衬里之半导体制造制程）有害。图5为根据本发明之一具体实例的SiC涂层之若干不同厚度之光学透射百分率的图解。所述透射百分率提供对衬里之粒子产生之量测。详言之，「光学密度带测试」可用以量测粒子产生。在此测试中，用带捆住衬里之表面（例如使用牌#600带），且接着剥去该带。（
Figure BDA00002213450200102
带系由美国明尼苏达州梅普尔伍德之3M公司制造）。接着使用密度计（例如X-Rite密度计（由美国密歇根州大瀑布城之X-Rite公司出售））来评估由粒子引起的该带之「变暗」，其提供对由衬里产生且在该带上俘获之粒子之光学密度量测。密度计可（例如）提供光学密度之读数，光学密度为穿过该带之透射（T=I/I0）之以10为底之对数；光学密度0对应于穿过该带之100%之透射，光学密度1对应于穿过该带之10%之透射，光学密度2对应于穿过该带之1%之透射，等等。如可看出，具有500埃厚度（50nm）之SiC涂层达成约70%之透射，而2000埃、3000埃及4000埃（200nm、300nm及400nm）之涂层达成大于约80%之透射值，所述值对应于穿过该带之较高透射及因此对应于在该带上截获之粒子之较低含量。因此，在图5之图解中，与涂覆有较薄SiC之石墨相比，涂覆有较厚SiC之石墨展现出较低的粒子化。根据本发明之一具体实例，石墨物件可包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射的表面；包括产生大于约80%之密度计透射的表面。此外，在曝露至可能已经以垂直或其他入射角对准该石墨物件的离子束之后可获得此等透射百分率。
根据本发明之一具体实例，可基于仔细选择石墨起始材料而产生下伏石墨，且可接着藉由特殊技术来纯化下伏石墨。为了减少溅散，低蚀刻速率石墨材料为理想的。详言之，该石墨可包含基于在该石墨之石墨化之前具有在约3微米与约8微米之间的平均晶粒大小（例如，约5微米之平均晶粒大小）之碳起始材料的石墨。该石墨可为半导体级石墨。该石墨可藉由包含在加工石墨之前及之后纯化该石墨的制程来制造。如本文中所使用，「纯化」石墨意谓处理石墨以便移除不良杂质。举例而言，可使用包括使石墨曝露至高温氯气环境之制程自石墨移除岩石或其他不良杂质。应了解，可使用纯化石墨之其他技术。如本文中所使用，「加工」石墨意谓碾压、研磨或以其他方式机械地加工石墨。
图6为展示对石墨（诸如可根据本发明之一具体实例予以涂覆的石墨类型）之离子束轰击之作用的一组扫描电子显微图影像。在此等实验中，离子束轰击意欲模拟在实际离子植入工具中使用该衬里之作用。在图6之顶列中，自左至右为以下影像：原样之石墨样本（左）；已在样本未倾斜之情况下经历离子束轰击的该样本（中间）；及已在样本倾斜30度（亦即，离子束入射角为60度）之情况下经历离子束轰击的该样本（右）。在图6之底列中为对应于顶列中之影像但放大了十倍之影像（在底列中为1μm尺度，在顶列中为10μm尺度）。图6之离子束蚀刻之条件为：氩气流动速率为6sccm（标准立方公分/分钟）；制程压力为1.7E-4托；束电压为500V；束电流为80mA；加速电压为60V；蚀刻时间为2小时；及样本倾斜为0度或30度（或粒子束入射角为90度或60度）。将此等条件用于图6中展示之样本及其他样本，发现藉由离子束轰击使石墨表面平滑化，具有较少的微孔及较少的松散粒子；亦看出，在离子束轰击下之一些情况下在石墨上出现高纵横比之奈米柱型结构（见图6，底部中间影像）。然而，30度之样本倾斜引起较高蚀刻速率且抑制奈米柱之生长（参见图6，底部右边影像）。另外，根据本发明之一具体实例的高导电涂层可用以抑制此等奈米柱之生长。
根据本发明之另一具体实例，提供一种用于制造及/或整修离子植入工具或其他工具之束线之衬里的技术，无论在什么情况下需要低粒子化石墨衬里，该技术均为有用的。根据本发明之一具体实例的技术可包括在涂布涂层之前使用反应性离子蚀刻制程来处理石墨；且可包括使用反应性离子蚀刻制程来整修所使用之石墨衬里，所使用之石墨衬里可包括上覆导电涂层。根据本发明之一具体实例可用以清洗所使用之石墨衬里。图7为用于特性化将根据本发明之一具体实例来整修之所使用石墨衬里组件之样本群组（在此处标记为VG-1至VG-5）的能量色散X射线光谱仪（EDS）结果之图表。所述组件属于三个污染类别：高度污染（VG-1及VG-3）；中度污染（VG-2及VG-4）；及轻度污染（VG-5）。污染类别系以所存在之污染物（诸如氧、氟、砷、锗、磷及硅）之量（以所存在之每一种类之原子百分比给出）来反映；由留在该组件中之碳之减小量（以原子百分比给出）来反映；及由增加之电阻（以欧姆给出）来反映。
根据本发明之一具体实例，在低频高压及电源供应器之高电压位准下，藉由反应性离子蚀刻来清洗图7之所使用石墨衬里组件。总清洗时间为两个小时，且十五分钟用于样本VG-1，且30分钟用于样本VG-2至VG-5。
图8展示使用根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻整修来清洗图7之组件的结果，其中所述结果系提供为所存在之每一种类之原子百分比的EDS数字。如可看出，与未经处理时的所述组件相比较（「RIE」与「未经处理」），反应性离子蚀刻（RIE）技术减少所存在之污染物之含量，且增加所述组件中碳之比例。举例而言，根据本发明之一具体实例的经整修组件可包含以原子百分比计99%或更大含量之碳及1%或更少含量之经组合之氟、砷、锗、磷及硅。
图9展示使用根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻整修来清洗图7之组件的另外结果，其中所述结果系提供为每一组件之电阻。藉由在每一石墨组件之侧上之两个探针来量测电阻。与未经处理时的所述组件相比较（「RIE」与「未经处理」），反应性离子蚀刻技术减少所述组件之电阻。
图10为在根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻整修之前及之后图7之组件中之一者的扫描电子显微图影像。可看到显著不同之微结构。发现反应性离子蚀刻制程自图10中所展示之组件移除了光阻及金属污染物两者。
图11A为对图10中展示之组件执行之若干不同反应性离子蚀刻整修程序的作用的图表，且图11B为根据本发明之一具体实例以图解形式展示图11A之结果的图。图11A及图11B中所展示之结果展示在反应性离子蚀刻整修之后碳及所存在之各种污染物之原子百分率。所使用之反应性离子蚀刻程序包括：（a）300V、30毫托、100sccm（标准立方公分/分钟）的流动速率，历时15分钟；（b）250V、30毫托、100sccm，历时30分钟；（c）250V、40毫托、150sccm，历时30分钟；及（d）350V、20毫托、150sccm，历时30分钟。在此等各者中，分别使用反应性离子蚀刻程序（d）及（c）获得最佳结果。100sccm程序使用20sccm之氩气、15sccm之氧气（O2），及65sccm之CF4；而150sccm程序使用30sccm之氩气、以20sccm之氧气（O2），及150sccm之CF4。
根据本发明之一具体实例，在衬里之制造制程期间，反应性离子蚀刻制程可用以预处理将在衬里中使用之石墨。在使用反应性离子蚀刻制程预处理之后，该石墨可接着由高导电涂层（诸如本文中所阐述之涂层）涂覆。图12为在藉由根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻制程进行预清洗之前若干石墨样本之微结构的扫描电子显微图影像。使用反应性离子蚀刻（RIE）来清洗石墨。调整RIE制程之变数，诸如气流、时间、电压及压力。判定石墨之回应，诸如蚀刻速率（如藉由石墨之梯级高度及重量损失所量测得）、表面粗糙度及粒子化。亦藉由扫描电子显微图来特性化所述石墨样本。
图13为在藉由根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻制程进行预清洗之前石墨样本中之一者之微结构（图12中标记为ZEE）的扫描电子显微图影像。展示来自若干不同进程之样本，其中所述影像在顶列中具有较低解析度（10μm尺度）且在底列中具有较高解析度（1μm尺度）。藉由该两个图之比较可看出相对于图12已改变的形态。
图14为在根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻处理之前及之后对图12之石墨样本执行之光学密度带测试的结果的一组相片。如该图之右下方示意图所指示，针对所述样本中之每一者，在每一带右边的区域展示在处理之前粒子化之程度，在每一带中间的区域展示在处理之后粒子化之程度，且在每一带左边的区域指代来自图12之石墨样本之类型。每一带之中间部分之较浅外观展示反应性离子蚀刻处理对减小由石墨产生之粒子化之程度系有效的。藉由用带捆住未经蚀刻及经蚀刻之石墨且自表面剥去该带，执行带测试。使用密度计来量测所述带之光学密度。针对所有石墨样本，已发现在反应性离子蚀刻清洗之后粒子化有所减少。
根据本发明之一具体实例，可使用石墨之反应性离子蚀刻制造及整修来产生石墨之低的离子化程度。举例而言，使用反应性离子蚀刻制造或整修之石墨物件可包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射的表面；包括产生大于约80%之密度计透射的表面。此外，在曝露至可能已经以垂直或其他入射角对准该石墨物件的离子束之后可获得此等透射百分率。
根据本发明之一具体实例，研究对石墨进行之反应性离子蚀刻制程之蚀刻速率（以石墨之微米/分钟计）。使用梯级高度量测结果来计算蚀刻速率。发现功率、压力、氩氧比及时间很重的，其中发现氩氧比与功率之间的双向相互作用对判定蚀刻速率很重要。发现功率、压力、氩氧比及时间均对石墨之蚀刻速率有线性作用。此外，使用以石墨之毫克/分钟计之重量损失量测结果来研究蚀刻速率。就基于梯级高度量测结果之发现而论，发现对蚀刻速率之类似主要作用，虽然仅发现功率有重要作用。
根据本发明之一具体实例，可使用氩/氧电浆；或使用氩/氧/CF4电浆执行反应性离子蚀刻整修，氩/氧/CF4电浆可使用约10%之CF4、约30%之CF4或约60%之CF4。在使用氩/氧/CF4电浆之情况下，随着CF4之百分率增加，已发现较好结果。详言之，反应性离子蚀刻整修可使用约20%之氩、约15%之氧、约65%之CF4、约700V之DC偏压、约15毫托之压力及在13.56MHz下之射频电浆，历时约1小时。举例而言，反应性离子蚀刻单元可使用在约1毫托压力下之约20sccm之氩；在约0.5毫托压力下之约15sccm之氧；及在约1.5毫托压力下之约65sccm之CF4。一般而言，根据本发明之一具体实例，可根据所使用之压力来调整电浆之频率。举例而言，在一些压力状态（例如，15毫托）下，可使用射频电浆，例如在13.56MHz、52MHz或由通信管制机构准许之任何其他频率下。在其他压力状态（例如，200毫托）下，可使用低频电源供应器，例如在100kHz范围内之频率。应了解，可使用其他频率及压力。
根据本发明之一具体实例可在涂覆石墨材料之前使用反应性离子蚀刻执行对石墨材料之预处理。此预处理允许移除自由表面粒子；增强石墨上之涂层之粘着强度；且保持石墨表面精整及尺寸规范。反应性离子蚀刻制程参数可包括低温沈积蚀刻（例如，小于约150℃）；射频或低频功率；氩、氧及/或氮气态前驱体；及变化的电压、压力、气态前驱体流动速率及蚀刻时间。在一具体实例中，气体为氩及氧；开放式挡板部分压力针对氩为约1.5毫托及针对氧为约0.5毫托；制程挡板压力为约5毫托；功率为在约500W下之射频；且时间为约10分钟。
根据本发明的又一具体实例可使用反应性离子蚀刻来整修所使用之石墨。此整修技术允许移除在离子植入期间发生的由III-V元素引起之污染；且藉由使石墨再循环而延长石墨之总寿命。较佳地，石墨整修技术应有效地移除在离子植入期间发生的III-V元素之污染；应为非研磨性清洗制程；应在清洗制程中使用不含金属之种类；且应尽可能保持原始石墨表面精整及尺寸规范。反应性离子蚀刻制程参数可包括低温沈积蚀刻（例如，小于约150℃）；射频或低频功率；氩、氧、氮、氟及/或氯气态前驱体；及变化的电压、压力、气态前驱体流动速率及清洗时间。在一具体实例中，气体为氩、氧及四氟化碳（CF4）；开放式挡板部分压力针对氩为约1毫托、针对氧为约0.5毫托及针对CF4为约1.5毫托；制程挡板压力为约5毫托至15毫托；功率为在约500W下之射频；且时间为约10分钟至30分钟。另外，清洗所使用之石墨材料之其他技术可与根据本发明之一具体实例的反应性离子蚀刻技术组合。可（例如）在反应性离子蚀刻清洗之前执行此等其他技术；且此等其他技术可包括水性超音波清洗、高温纯化、干冰（CO2）喷击、珠粒喷击及/或浆料喷击。更一般而言，根据本发明之一具体实例，可使用任何合适的反应性离子蚀刻制程。反应性离子蚀刻主要包括使用可（例如）在电浆中产生的高能离子，电浆为气体之离子化状态，其使粒子具有反应性，且典型地需要真空或其他稀薄气氛以允许粒子具有足够长的寿命来到达基板。可使用产生电浆之任何合适技术。
根据本发明之用于预清洗或整修的一具体实例可用于涂覆有高导电材料之薄层之石墨物件（例如，用于处理腔室之衬里）上。根据本发明之一具体实例，可基于在上文描述的用于选择石墨起始材料及纯化石墨起始材料的技术产生该衬里之下伏石墨。
在根据本发明之又一具体实例中，整修制程可移除微量的由一离子源赋予之至少一种物质，例如在离子植入制程中使用物件时沈积的物质。待移除之物质可包含光阻、硼、砷、硅及磷中之至少一者。此外，待移除之物质可包含来自离子植入制程之背部溅镀材料及来自离子植入制程之蒸发材料中之至少一者。在经涂覆之物件得以整修之情况下，石墨可包含微量的由离子源赋予之至少一种物质，而覆盖该石墨之至少一部分之新导电涂层不包含微量的由该离子源赋予之该至少一种物质。举例而言，此导电涂层可包括本文中阐述之导电涂层之任一者。
根据本发明之一具体实例，本文中论述之涂覆有涂层之衬里，或如本文中所论述之预清洗制造步骤或整修技术可用于在定期维护（例如为了进行整修）期间作为独立件自处理腔室移除的衬里组件。举例而言，根据本发明之一具体实例的衬里可用作在Stone等人之美国专利申请公开案第2009/0179158Al号中阐述之衬里类型，及/或根据本发明之一具体实例的此等技术可用于制造或整修在Stone等人之美国专利申请公开案第2009/0179158Al号中阐述之衬里类型，该公开案之揭示内容之全文在此以引用之方式并入本文中，其中在维护期间自真空腔室之面移除衬里。
此外，根据本发明之一具体实例，如本文中阐述之反应性离子蚀刻预清洗制造步骤或整修技术可用于本文中阐述之经涂覆之石墨物件或导电涂层中的任一者。举例而言，本文中阐述之反应性离子蚀刻制造步骤或整修技术可用于经涂覆之石墨物件，其中导电涂层包含一贯穿该石墨及该导电涂层之厚度所量测得的小于约50欧姆之全厚度电阻。举例而言，本文中阐述之此反应性离子蚀刻制造步骤或整修技术可用于经涂覆之石墨物件，其中涂层包含碳化硅、非化学计量碳化硅、非晶氢化碳化硅（a-SiC:H）、类钻碳、非晶碳或非晶氢化含氮碳，或本文中阐述之其他组成物，且包括有本文中阐述之厚度及其他特性。
应了解，根据本发明之一具体实例的经涂覆之石墨物件及/或经预清洗或经整修之石墨物件可用于除了离子植入之外之各种其他应用中，例如电浆掺杂系统中或可能需要具有高导电性及/或低粒子化涂层之石墨物件的任何其他设定中。
本文中引用之所有专利、公开申请案及参考案之教示的全文均以引用之方式并入本文中。
虽然已参考本发明之实例具体实例特定地展示及描述了本发明，但熟习此项技术者将理解可在不脱离随附申请专利范围所涵盖之本发明之范畴之情况下在其中进行形式及细节上的各种改变。

Claims (56)

1.一种经涂覆之石墨物件，该物件包含：
石墨；及
覆盖该石墨之至少一部分之导电涂层，该导电涂层包含贯穿该石墨及该导电涂层之厚度所量测得的小于约50欧姆之全厚度电阻。
2.如权利要求1之物件，其中该物件包含真空腔室之衬里。
3.如权利要求2之物件，其中该物件包含离子植入工具之真空腔室之衬里。
4.如权利要求2之物件，其中该衬里之整个表面包含该石墨及该上覆导电涂层。
5.如权利要求1之物件，其中该导电涂层包含小于约百万分之一的总杂质含量。
6.如权利要求5之物件，其中该杂质含量包含准许大于约1原子百分比的碳、硅、氮及氢中之至少一者。
7.如权利要求5之物件，其中该杂质含量包含准许小于约1原子百分比的掺杂剂，所述准许掺杂剂包含硼、磷及砷中之至少一者。
8.如权利要求5项物件，其中该导电涂层包含小于约千万分之一的总杂质含量。
9.如权利要求1之物件，其中该导电涂层包含碳化硅。
10.如权利要求9之物件，其中该导电涂层包含以原子百分比计至少约40%碳与约60%硅的碳硅比。
11.如权利要求1之物件，其中该导电涂层包含非化学计量碳化硅。
12.如权利要求1之物件，其中该导电涂层包含非晶氢化碳化硅a-SiC:H。
13.如权利要求12之物件，其中该导电涂层包含等份之硅与碳。
14.如权利要求1之物件，其中该导电涂层包含小于约1000nm之厚度；大于约100nm之厚度；在约250nm之约50nm内之厚度；或在约500nm之约50nm内之厚度。
15.如权利要求1之物件，其中该物件包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射的表面。
16.如权利要求15之物件，其中该物件包含使用光学密度带测试产生大于约80%之密度计透射的表面。
17.如权利要求1之物件，其中该导电涂层包含碳。
18.如权利要求1之物件，其中该导电涂层包含类钻碳。
19.如权利要求18之物件，其中该导电涂层包含在约500nm之约50nm内之厚度。
20.如权利要求1之物件，其中该导电涂层包含非晶碳。
21.如权利要求1之物件，其中该导电涂层包含非晶氢化含氮碳。
22.如权利要求21之物件，其中该导电涂层包含以原子百分比计最多25%之氢，且其中该导电涂层包含基于除了氢之外的元素的组成物，所述元素为以原子百分比计至少约80%之碳与约20%之氮。
23.如权利要求22之物件，其中该导电涂层包含基于除了氢之外的元素的组成物，所述元素介于（i）以原子百分比计约85%之碳与约15%之氮与（ii）以原子百分比计约90%之碳与约10%之氮之间。
24.如权利要求1之物件，该石墨包含微量的由离子源赋予之至少一种物质；
该导电涂层不包含微量的由该离子源赋予之该至少一种物质；且
该物件包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射的表面。
25.一种用于制造包含导电涂层之石墨物件的方法，该方法包含：
使用反应性离子蚀刻制程处理该物件之石墨；及
在使用该反应性离子蚀刻制程处理该石墨之后，将该导电涂层涂布于该石墨之至少一部分上。
26.如权利要求25之方法，其中使用该反应性离子蚀刻制程处理该物件包含使用氩氧电浆处理该物件。
27.如权利要求25之方法，其中该石墨包含基于在该石墨之石墨化之前具有在约3微米与约8微米之间的平均晶粒大小之碳起始材料的石墨。
28.如权利要求25之物件，其中该制成物件包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射的表面。
29.如权利要求25之物件，其中该物件包含使用光学密度带测试产生大于约80%之密度计透射的表面。
30.如权利要求25之方法，其中该物件包含真空腔室之衬里。
31.如权利要求30之方法，其中该物件包含离子植入工具之真空腔室之衬里。
32.如权利要求25之方法，其中该导电涂层包含贯穿该石墨及该导电涂层之厚度所量测得的小于约50欧姆之全厚度电阻。
33.如权利要求25之方法，其中该导电涂层包含碳化硅。
34.如权利要求33之方法，其中该导电涂层包含非晶氢化碳化硅a-SiC:H，该非晶氢化碳化硅a-SiC:H包含等份之硅与碳且包含在约250nm之约50nm内之厚度。
35.如权利要求25之方法，其中该导电涂层包含类钻碳。
36.如权利要求35之方法，其中该导电涂层包含在约500nm之约50nm内之厚度。
37.一种用于整修包含石墨及上覆导电涂层之石墨物件的方法，该方法包含：
使用反应性离子蚀刻制程移除该石墨物件之该上覆导电涂层之至少一部分；及
将新导电涂层涂布于该石墨之该至少一部分上。
38.如权利要求37之方法，其中该反应性离子蚀刻制程包含使用氩氧电浆处理该物件。
39.如权利要求37之方法，其中该石墨及该导电涂层之被移除之该至少一部分中的至少一者包含微量的由离子源赋予之至少一种物质。
40.如权利要求37之方法，其中该石墨包含基于在该石墨之石墨化之前具有在约3微米与约8微米之间的平均晶粒大小之碳起始材料的石墨。
41.如权利要求37之方法，其中该物件包含真空腔室之衬里。
42.如权利要求41之方法，其中该物件包含离子植入工具之真空腔室之衬里。
43.如权利要求41之方法，该方法包含将该新导电涂层涂布至该衬里之整个表面。
44.如权利要求37之方法，其中该反应性离子蚀刻制程包含使用氩气态前驱体、氧气态前驱体、氮气态前驱体、氟气态前驱体及氯气态前驱体中之至少一者。
45.如权利要求37之方法，其中该反应性离子蚀刻制程包含使用氩气态前驱体、氧气态前驱体，及四氟化碳气态前驱体，使用针对氩为约1毫托且针对氧为约0.5毫托且针对四氟化碳为约1.5毫托的开放式挡板部分压力，使用自约5毫托至约15毫托之制程挡板压力，使用为约500W之射频功率，历时约10分钟至约30分钟。
46.如权利要求37之方法，其中一旦经整修，该物件包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射的表面。
47.如权利要求37之方法，其中一旦经整修，该物件包含使用光学密度带测试产生大于约80%之密度计透射的表面。
48.如权利要求37之方法，其中该导电涂层包含贯穿该石墨及该导电涂层之厚度所量测得的小于约50欧姆之全厚度电阻。
49.如权利要求37之方法，其中该导电涂层包含碳化硅。
50.如权利要求40之方法，其中该导电涂层包含非晶氢化碳化硅a-SiC:H，该非晶氢化碳化硅a-SiC:H包含等份之硅与碳且包含在约250nm之约50nm内之厚度。
51.如权利要求37之方法，其中该导电涂层包含类钻碳。
52.如权利要求51之方法，其中该导电涂层包含在约500nm之约50nm内之厚度。
53.一种经涂覆之石墨物件，该物件包含：
石墨，该石墨包含微量的由离子源赋予之至少一种物质；及
覆盖该石墨之至少一部分之导电涂层，该导电涂层不包含微量的由该离子源赋予之该至少一种物质；
该物件包含使用光学密度带测试产生大于约70%之密度计透射的表面。
54.如权利要求53之经涂覆之石墨物件，其中该物件包含使用光学密度带测试产生大于约80%之密度计透射的表面。
55.如权利要求53之经涂覆之石墨物件，其中由该离子源赋予之该物质包含光阻、硼、砷、硅及磷中之至少一者。
56.如权利要求53之经涂覆之石墨物件，其中由该离子源赋予之该物质包含来自离子植入制程之背部溅镀材料及来自离子植入制程之蒸发材料中之至少一者。
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