CN104046981B

CN104046981B - 等离子体室部件上的抗腐蚀铝涂层

Info

Publication number: CN104046981B
Application number: CN201410090592.0A
Authority: CN
Inventors: 约翰·多尔蒂; 石洪; 许临; 安东尼·阿玛多; 罗伯特·G·奥尼尔; 彼得·霍兰; 西瓦克米·拉马纳坦; 金太旺; 杜安·乌特卡; 约翰·迈克尔·克恩斯; 索尼娅·卡斯蒂落
Original assignee: Rum Research Corp
Current assignee: Rum Research Corp
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: TWI629167B; US20140272459A1; KR20140111997A; TW201500184A; CN104046981A; US9337002B2; KR102218717B1

Abstract

本发明涉及等离子体室部件上的抗腐蚀铝涂层，公开了半导体材料处理室的部件，所述部件可包括基底和在基底表面上形成的至少一个抗腐蚀涂层。该至少一个抗腐蚀涂层是通过冷喷涂技术形成的高纯度金属涂层。阳极化层可被形成在该高纯度金属涂层上。阳极化层包括该部件的工艺暴露表面。此外，公开了包括所述部件中的一或多个的半导体材料处理装置，所述部件选自由室衬、静电卡盘、聚焦环、室壁、边缘环、等离子体约束环、基底支撑件、挡板、气体分配板、气体分配环、气体喷嘴、加热元件、等离子体屏、输送机构、气体供应系统、升降机构、加载锁、门机构、机械臂和紧固件组成的组。此外还公开了制造所述部件的方法和用所述部件等离子体处理的方法。

Description

等离子体室部件上的抗腐蚀铝涂层

技术领域

本公开涉及等离子体处理室部件上的高纯度铝抗腐蚀涂层。更具体地，本公开涉及通过冷喷涂获得的高纯度抗腐蚀Al涂层。这种高纯度抗腐蚀涂层可被阳极化处理以得到进一步的抗腐蚀性。

背景技术

在半导体材料处理领域中，使用包括真空处理室的半导体材料处理装置，例如用于基底上的各种材料的蚀刻和化学气相沉积（CVD），以及用于抗蚀剂剥离。这些工艺中的一些在这样的处理室中利用腐蚀性和侵蚀性的工艺气体和等离子体。使室中所处理的基底的颗粒和/或金属污染最小化是希望的。因此，当这种装置的等离子体暴露部件暴露于这样的气体和等离子体时，希望的是所述等离子体暴露部件是耐腐蚀的。

从20世纪80年代开始，铝合金（如Al6061-T6和Al5052）已被用作等离子体处理室材料。因为等离子体处理室中使用许多腐蚀性气体和反应气体，如Cl₂、HCl、HBr、SF₆和NF₃，所以铝合金不得不经过表面改性以形成能够提供更高抗腐蚀性和更长部件使用寿命的涂层。在铝合金中，6XXX和5XXX系列的铝合金是有吸引力的铝基底。例如，Al5XXX系列合金具有中到高的强度、良好的焊接性以及阳极膜的高抗腐蚀性。Al6XXX系列合金是可热处理的，具有良好的成形性、焊接性、可加工性以及阳极膜的高抗腐蚀性。对于Al5XXX合金而言，镁（Mg）是主要合金元素。对于Al6XXX合金而言，镁和硅是主要合金元素。这些铝合金也可含有其它合金元素，例如Fe、Cu、Zn和Mn。

随着半导体晶片蚀刻特征尺寸缩小到28nm、20nm甚至14nm，这种铝合金中的金属污染的减少变得越来越关键。例如，将Fe污染水平从约1x10¹⁰原子/cm²减低到约1x10⁸原子/cm²是希望的。此外，减少其它金属污染（如Al、Mn、Cr、Cu和Zn）也是希望的。在金属污染中，Fe的减少被认为是最关键的，而Fe污染可来自等离子体处理室中的不同源，比如室中所使用的任何不锈钢。来自铝合金6061-T6本身的Fe是等离子体处理室中的另一重要染污源。

因此，希望的是，使等离子体处理室中所使用的铝基底上的金属污染最小化。

发明内容

等离子体处理室的铝涂层部件的示例性实施方式包括具有表面的基底和所述表面的至少一部分上的高纯度冷喷涂的铝涂层，其中所述铝涂层可被任选地阳极化处理以在冷喷涂的铝涂层上形成阳极化涂层。所述冷喷涂的铝涂层可被平整化以具有约10至20微英寸（0.254-0.508μm）的表面粗糙度Ra且所述冷喷涂的铝涂层包括至少99.99wt.%的Al。所述部件可选自由室衬、静电卡盘、聚焦环、室壁、边缘环、等离子体约束环、基底支撑件、挡板、气体分配板、气体分配环、气体喷嘴、加热元件、等离子体屏、输送机构、气体供应系统、升降机构、加载锁、门机构、机械臂和紧固件组成的组。

冷喷涂的铝涂层优选地具有约2至250密耳（mil）的厚度而阳极化涂层具有约2至125密耳的厚度。

等离子体处理室的铝涂层部件的示例性实施方式包括具有表面的基底、所述表面的至少一部分上的冷喷涂的铝涂层以及所述冷喷涂的铝涂层的至少一部分上的阳极化涂层。

在包括冷喷涂的铝涂层部件的等离子体处理室中等离子体处理半导体基底的方法的示例性实施方式包括从工艺气体源供应至少一种工艺气体到等离子体处理室中，利用RF能量源将RF能量施加到所述工艺气体以在等离子体处理室中产生等离子体，以及在所述等离子体处理室中等离子体处理基底上的半导体材料、绝缘体或金属材料。

制造冷喷涂的铝涂层部件的方法的示例性实施方式包括将铝涂层冷喷涂到等离子体处理室的部件的至少一部分上。该制造方法可进一步包括使所述铝涂层平整或者阳极化处理所述铝涂层中的至少一者；以及任选地还可包括在平整和/或阳极化处理之后用清洗液湿法清洗所述部件。

附图说明

图1是冷喷涂装置的示意图。

图2示出了包括基底和基底的表面上的高纯度抗腐蚀涂层的等离子体处理室部件的一示例性实施方式。

图3示出了包括基底、基底的表面上的高纯度抗腐蚀涂层和高纯度抗腐蚀涂层上的阳极化层的等离子体处理室部件的另一示例性实施方式。

图4示出了测试包括高纯度抗腐蚀涂层的部件的电化学阻抗谱（EIS）的结果。

图5示出了包括高纯度抗腐蚀涂层的部件的SEM相片。

具体实施方式

本文描述了半导体材料处理装置的部件、制造所述部件的方法以及在包括一或多个所述部件的处理室中处理半导体材料的方法。当所述部件被用在半导体材料处理装置的等离子体处理室中时，所述部件包括耐磨损的抗腐蚀外表面。本文所使用的术语“抗腐蚀”包括对物理和/或化学侵蚀（比如可由工艺暴露表面的腐蚀、消蚀和/或腐蚀-消蚀引起的物理和/或化学侵蚀）的抵抗力。

所述部件包括基底和所述基底的至少一个表面上的抗腐蚀涂层。被涂层的基底“表面”可以是外表面或限定洞、穴或孔的内表面。所述涂层可被施加在所述部件的一或多个、或者全部的外表面上。抗腐蚀涂层可覆盖所述部件的整个外表面。所述涂层也可被施加在所述部件的一或多个、或者全部的可及内表面上。

抗腐蚀涂层包括高纯度铝涂层。在一些实施方式中，高纯度铝涂层包括部件的工艺暴露表面。在其它实施方式中，阳极化层被形成在高纯度铝涂层上并包括部件的工艺暴露表面。

阳极化铝基底已被用在等离子体处理室中以提供对等离子体下的腐蚀性气体的抗腐蚀性。虽然Al5XXX和Al6XXX可提供良好品质的阳极化铝表面，但阳极化表面中的缺陷和二次相可引起阳极化表面的退化以及降低对等离子体下的腐蚀性气体的抗腐蚀性。此外，这种退化可助长来自铝基底或来自阳极化铝表面的金属污染的浸析。为了使来自阳极化铝基底的金属污染的这种浸析最小化，已发现，铝基底在阳极化处理之前的表面改性是有利的。例如，通过在阳极化处理之前冷喷涂而来的铝基底的表面改性是有利的。

冷喷涂方法在美国专利申请公布No.2006/0093736中有所记载，在此通过参考全文并入。简要来说，如图1中所示，冷喷涂系统600被示意性图示。示出的系统600为基本方案，可根据需要在系统600中采用附加特征和部件。冷喷涂系统600的主要部件包括用于提供粉体材料的送粉器610、用于在约300℃至400℃的温度下加热和使粉体材料加速的载气供应器620、混合室630和超音速喷嘴640。通常，系统600用合适的压缩气体将金属粉末混合物输送到混合室630。颗粒被压缩的载气（比如空气、氦气或氮气）加速、穿过超音速喷嘴640并被导向等离子体处理室部件100。由于喷嘴中的颗粒膨胀，当它们与目标表面碰撞时，所述颗粒回到大约环境温度。当颗粒以超音速撞击目标表面时，转换的动能导致所述颗粒的塑性变形，这进而使所述颗粒与目标表面形成键合。因此，冷喷涂系统600可将粉体材料键合到部件表面，从而强化和保护该部件。冷喷涂工艺被称为“冷气”工艺，因为颗粒在远低于它们熔点的温度下被混合和施加。颗粒在与目标表面碰撞时的动能（而非颗粒的温度）使颗粒塑性变形并与目标表面键合。因此，键合到部件表面作为固态工艺进行，其热能不足以将固体粉末转变成熔滴。

已发现的是，这样的方法在Al合金上沉积密集、高纯度的Al涂层以阻止来自基础Al合金的杂质的浸析。纯Al涂层的后续高品质阳极化处理进一步增强了纯Al涂层的抗腐蚀性。冷喷涂方法的优点使得这种方法具有生产价值，见下述。

冷喷涂方法可制成无孔隙且高附着力的Al涂层。冷喷涂利用Al颗粒的因气体膨胀而来的超音速动能来撞击基底并产生具有良好附着强度的密集涂层，无需熔化Al颗粒。相信当以临界速率行进的球形Al颗粒冲击基底时，强大的压力场从引起使物质横向加速以及导致局部剪切应变的剪切载荷的接触点球状地传播到颗粒和基底中。这样的剪切载荷可导致绝热剪切失稳，其中热软化在工作应变和应变速率上是局部主导的，在朝外的方向上、在接近Al材料的熔点的温度下将促进粘性材料流硬化。这样的高品质纯Al涂层对后续阳极化处理的品质而言是必不可少的。

冷喷涂方法可产生可加工的涂层。冷喷涂可作为符合成本效益的方法成功地用于将厚的纯金属涂布在便宜得多的基础材料上以制造室部件。厚涂层不仅建立了出色的杂质屏障或气体扩散屏障，而且使得涂层的后加工成为可能。通过将冷喷涂的纯Al加工/抛光至希望的表面粗糙度Ra，可容易地确保阳极化品质和表面清洁度两者。

冷喷涂方法可在低温下操作。相较于热喷涂方法，冷喷涂在低得多的基底温度（典型地为高于室温30℃～40℃）下操作。因此，冷喷涂过程中的Al部件变形（蠕变）被最小化（如果没有被消除的话）。此外，低的基底温度防止来自基础材料的因热扩散而引起的杂质迁移以免染污纯的冷喷涂Al涂层，不然会使涂层的作用失效。

冷喷涂方法是通用的。冷喷涂可涂布范围广泛的材料，所述材料包括Al合金（例如，Al6061T6、Al5052、Al厚块、铸Al，等等）、不锈钢、陶瓷、甚至高T聚合物。这使得各种基底材料的表面改性成为可能。此外，涂层的组合物可容易地针对阳极化处理而定制。例如，一般相信，Al中有一定量的Mg对Al的阳极化是有利的。因此，Mg粉可被预混合到纯Al粉中以使冷喷涂涂层具有改进的阳极化品质，因为Mg通常不是关键的金属染污元素。

冷喷涂方法容易扩大规模。冷喷涂用于大型涂层是比较容易的，对冷喷涂枪的机器人进行简单的重新编程即可导致规模扩大。可以想到，与规模扩大相关的成本远低于其它表面改性方法（例如，电镀，其中电镀槽尺寸/电源/设备配件不得不增大以容纳部件的尺寸，导致显著更高的成本）。

冷喷涂涂层可在阳极化之前加工到任意表面光洁度，这对获得抗腐蚀的阳极化层以及更长的部件使用寿命而言是关键的。冷喷涂方法还展示了耐热循环性。因为冷喷涂可在Al合金上产生厘米级厚度的层，所以在热循环之后只有纯的冷喷涂Al被暴露于等离子体，而在相对较低的温度下（<180℃）Fe和其它元素穿过冷喷涂涂层的扩散是非常困难的。厚达10密耳（≤250μm）、厚达15密耳（≤380μm）、厚达20密耳（(≤500μm）、甚至厚达1.0厘米的冷喷涂涂层可保持与上面沉积有所述冷喷涂涂层的铝合金相同的机械性能，因为相较于上面沉积有冷喷涂涂层的铝合金的厚度而言，冷喷涂涂层是“皮肤”。

图2示出了根据示例性实施方式的部件100。如图所示，部件100包括包括表面112的基底110和形成在表面112上的抗腐蚀涂层120。在实施方式中，抗腐蚀涂层120是冷喷涂的高纯度铝涂层，其包括部件100的外表面124。基底110包括导电材料。所述导电材料可以是金属材料（即，纯金属或合金）；或者具有充分导电性的非金属材料，比如石墨、导电陶瓷材料、或导电聚合物材料。可被用来形成基底110的示例性的金属包括钢材（例如，不锈钢）；铝和铝合金（例如，Al6061-T6）；难熔金属，比如铪、锆、钛、铌、钨、钼、以及它们的合金；过渡金属，比如镍、铁、钴、以及它们的合金；以及其它金属材料。优选地，基底110包括铝或铝合金，比如Al6061-T6。

在示例性的部件100中，形成抗腐蚀涂层120的冷喷涂的高纯度铝涂层是高纯度的材料。优选地，冷喷涂的高纯度铝涂层包括至少约99.00wt.%的铝、至少约99.7wt.%的铝、更优选地包括至少约99.98wt.%的铝，比如>99.999wt.%的铝。冷喷涂的高纯度铝涂层可包括下列元素中的一或多种（以ppm计）：≤50ppm的Mn、≤300ppm的Si、≤75ppm的Ni、≤25ppm的Cr、≤50ppm的Cu、≤100ppm的V、≤800ppm的Fe、≤25ppm的Mg、≤50ppm的Zn、≤50ppm的Ti、≤10ppm的B、≤10ppm的Pb、≤40ppm的Zr、≤25ppm的Bi、≤25ppm的Sn以及≤25ppm的Ca。更优选地，冷喷涂的高纯度铝涂层可包括下列元素中的一或多种（以ppm计）：≤25ppm的Mn、≤50ppm的Si、≤50ppm的Ni、≤15ppm的Cr、≤25ppm的Cu、≤25ppm的V、≤50ppm的Fe、≤10ppm的Mg、≤25ppm的Zn、≤25ppm的Ti、≤5ppm的B、≤5ppm的Pb、≤20ppm的Zr、≤10ppm的Bi、≤10ppm的Sn以及≤10ppm的Ca。因此，铝涂层可具有非常低的总过渡金属含量，例如，以涂层的重量计，≤1000ppm、≤500ppm、≤250ppm或者小于≤100ppm。最优选地，冷喷涂的铝涂层包括100ppm或更少的Mn、Si、Ni、Cr、Cu、V、Fe、Mg、Zn、Ti、B、Pb、Zr、Bi、Sn和Ca中的每一者。所以，铝涂层可至少大幅减少包含所述部件中的一或多个的半导体材料处理室的过渡金属污染。

图3示出了根据另一示例性实施方式的部件400，其可被用在例如等离子体蚀刻室或材料沉积室中。在实施方式中，部件400包括基底410和在基底410上形成的抗腐蚀涂层420。抗腐蚀涂层420包括形成在基底410的表面412上的冷喷涂的高纯度铝涂层426，以及形成在冷喷涂的高纯度铝涂层426上且包括部件400的外表面424的阳极化层428。阳极化层428提供对由等离子体蚀刻室和材料沉积室中的等离子体和/或腐蚀气体（例如，HBr和Cl）引起的化学和/或物理侵蚀的抵抗力。

在实施方式中，基底410（其上形成有冷喷涂的高纯度铝涂层426）可包括导电材料（如图1中所示的基底110）。导电材料可以是金属材料（即，纯金属或合金）；或者具有充分导电性的非金属材料，比如石墨、导电陶瓷材料、或导电聚合物材料。可被用来形成基底410的示例性的金属包括钢材（例如，不锈钢）；铝和铝合金（例如，Al6061-T6）；难熔金属，比如铪、锆、钛、铌、钨、钼、以及它们的合金；过渡金属，比如镍、铁、钴、以及它们的合金；以及其它金属材料。优选地，基底410包括铝或铝合金，比如Al6061-T6。

在示例性部件400中，形成抗腐蚀涂层420的冷喷涂的高纯度铝涂层是高纯度的材料。优选地，冷喷涂的高纯度铝涂层包括至少约99.00wt.%的铝、至少约99.7wt.%的铝、更优选地包括至少约99.98wt.%的铝，比如>99.999wt.%的铝。冷喷涂的高纯度铝涂层可包括下列元素中的一或多种（以ppm计）：≤50ppm的Mn、≤300ppm的Si、≤75ppm的Ni、≤25ppm的Cr、≤50ppm的Cu、≤100ppm的V、≤800ppm的Fe、≤25ppm的Mg、≤50ppm的Zn、≤50ppm的Ti、≤10ppm的B、≤10ppm的Pb、≤40ppm的Zr、≤25ppm的Bi、≤25ppm的Sn以及≤25ppm的Ca。更优选地，冷喷涂的高纯度铝涂层可包括下列元素中的一或多种（以ppm计）：≤25ppm的Mn、≤50ppm的Si、≤50ppm的Ni、≤15ppm的Cr、≤25ppm的Cu、≤25ppm的V、≤50ppm的Fe、≤10ppm的Mg、≤25ppm的Zn、≤25ppm的Ti、≤5ppm的B、≤5ppm的Pb、≤20ppm的Zr、≤10ppm的Bi、≤10ppm的Sn以及≤10ppm的Ca。因此，铝涂层可具有非常低的总过渡金属含量，例如，以涂层的重量计，≤1000ppm、≤500ppm、≤250ppm或者小于≤100ppm。最优选地，冷喷涂的铝涂层包括100ppm或更少的Mn、Si、Ni、Cr、Cu、V、Fe、Mg、Zn、Ti、B、Pb、Zr、Bi、Sn和Ca中的每一者。所以，铝涂层可至少大幅减少包含所述部件中的一或多个的半导体材料处理室的过渡金属污染。

阳极化层428可通过任何合适的阳极化工艺形成在冷喷涂的高纯度铝涂层426上。例如，可使用混酸和硬阳极化工艺。所形成的阳极化层是多孔的。优选地，通过将阳极化表面暴露于热水或蒸汽而密封阳极化层428的流体可过的孔，例如从而形成AlOOH。阳极化层428优选具有小于约50密耳的厚度，比如小于约40密耳、小于约30密耳、小于约20密耳、小于约10密耳或小于约5密耳。在冷喷涂的高纯度铝涂层426的阳极化过程中，阳极化层428自冷喷涂的高纯度铝涂层426生长并进入铝涂层426中。冷喷涂的高纯度铝涂层426形成在基底410上，其厚度足以允许具有希望厚度的阳极化层的形成。优选地，冷喷涂的高纯度铝涂层426形成在基底410上，其厚度是阳极化层428的希望厚度的至少约两倍。

通过在冷喷涂的高纯度铝涂层426上形成阳极化层428，抗腐蚀涂层420可被用在蚀刻室中且可暴露于能够在冷喷涂的高纯度铝涂层426包括工艺暴露表面的情况下化学或物理侵蚀冷喷涂的高纯度铝涂层426的气体和/或等离子体。当部件400被用在这样的蚀刻室中时，因为冷喷涂的高纯度铝涂层426可沉积最少的对制造在半导体晶片上的电子器件的性能和使用寿命不利的杂质（比如过渡金属），所以可实质上消除在晶片处理过程中杂质对处理室和晶片的污染。

包括包括工艺暴露表面的冷喷涂的高纯度铝涂层的抗腐蚀涂层的实施方式以及包括包括工艺暴露表面的阳极化铝的涂层的实施方式可形成在具有可高于对工艺暴露表面而言可接受的最大含量的过渡金属含量的金属基底上。抗腐蚀涂层可大大防止过渡金属被腐蚀性气体、等离子体和/或高能离子从基底移除并因此污染处理室。例如，冷喷涂的高纯度铝涂层可形成在非铝金属表面上，比如钢和不锈钢表面。铝镀层也可形成在铝表面上且优选地形成在AL6061-T6表面上。例如，在AL6061-T6铝基底的一或多个表面上形成抗腐蚀涂层允许更为容易的加工以及部件形状的成形，而冷喷涂的高纯度铝涂层的使用使得被处理晶片的过渡金属污染的可能性降到最低。

如上所述，在包括冷喷涂的高纯度铝涂层和形成于该冷喷涂的高纯度铝涂层上的阳极化层的部件的实施方式中，阳极化层提供能够抗化学和物理侵蚀以及等离子体反应器室（包括沉积室和蚀刻室）中的相关程度的颗粒污染的一或多个表面。阳极化层也可保护下层基底避免这些反应器室中的等离子体和腐蚀性气体的物理侵蚀和化学侵蚀。

包含包括工艺暴露表面的阳极化层的冷喷涂的高纯度铝涂层部件可在各种等离子体环境中用于蚀刻、沉积、清洗、以及其它应用。典型的蚀刻化学品可包括例如含氯气体，如Cl₂、HCl和BCl₃；含溴气体，如Br₂和HBr；含氧气体，如O₂、H₂O和SO₂；含氟气体，如CF₄、CH₂F₂、NF₃、CH₃F、C₂F₆、CHF₃和SF₆；以及惰性气体和其它气体，如He、Ar和N₂。这些气体和其它气体可以按任意合适的组合进行使用，具体取决于希望的等离子体。各种工艺气体的合适的流率可基于若干因素进行选择，所述因素包括但不限于等离子体反应器的类型、功率设置、室压、等离子体电离速率、蚀刻化学品、待蚀刻材料、以及使用所述工艺气体的蚀刻工艺的具体步骤。

包含包括工艺暴露表面的阳极化表面的冷喷涂的高纯度铝涂层部件可用于在半导体处理设备的蚀刻导体、半导体和/或绝缘体的蚀刻室中以及用在用于制造各种基底（包括例如半导体晶片、平板显示器基底等）的处理室清洁、调节、材料沉积（例如，CVD、PVD、PECVD，等等）、抗蚀剂剥离工艺（例如，利用上游等离子体源）中，或者用于脱气室中。根据装置的类型和构造，所述部件可以是例如室壁、室衬、基底支撑件、挡板（例如，喷头电极上的喷头电极组件中所提供的挡板）、气体分配板、气体分配环、夹持机构（例如，静电卡盘）、用于基底支撑件的聚焦环、气体喷嘴、紧固件、加热元件、等离子体屏，等等。所述部件可包括涂布有抗腐蚀涂层的一或多个外表面和/或内表面。在一些实施方式中，部件的整个外表面可被涂层或者只有部件的一部分可被涂层。

包含包括工艺暴露表面的阳极化层的冷喷涂的高纯度铝涂层部件可被用作例如多晶硅高密度等离子体反应器中的反应器部件。这种类型的示例性反应器是TCP9400^TM等离子体蚀刻反应器，其可从加利福尼亚州弗里蒙特市的朗姆（Lam）研究公司获得。在该反应器中，工艺气体（例如，Cl₂、HBr、CF₄、CH₂F₂、O₂、N₂、Ar、SF₆和NF₃）被供应到反应器室中。

另一示例性多晶硅蚀刻反应器是VersyS^TM多晶硅蚀刻器或2300^TM蚀刻器，其也可从加利福尼亚州弗里蒙特市的朗姆研究公司获得。多晶硅蚀刻反应器包括具有静电卡盘的基底支撑件，等离子体聚焦环围绕该静电卡盘安装在该基底支撑件上。基底支撑件还可用来给基底施加RF偏置。可利用传热气体背面冷却基底。在2300^TM蚀刻器中，工艺气体（例如，Cl₂、HBr、CF₄、CH₂F₂、O₂、N₂、Ar、SF₆和NF₃）经由气体喷射器被引介到室中。与室的介电窗邻近的电感线圈可由合适的RF源供电以在该室内提供高密度等离子体。室衬围绕基底支撑件，该室还可包括合适的真空泵装置以将室的内部维持在希望的压强。

某些反应器部件，如基底支撑件的部分、室衬、聚焦环、和/或静电卡盘，可以是冷喷涂的高纯度铝涂层部件，且具有包括工艺暴露表面的阳极化层。室壁以及室衬下方的基底支撑件也可以是包括阳极化层的冷喷涂的高纯度铝涂层部件。这些部件中的任何部件或全部部件以及具有工艺暴露表面的任何其它部件可以是包括阳极化层的冷喷涂的高纯度铝涂层部件。

所述反应器部件也可被用在高密度氧化蚀刻工艺中。示例性的氧化蚀刻反应器是TCP9100^TM等离子体蚀刻反应器，其可从加利福尼亚州弗里蒙特市的朗姆研究公司获得。在TCP^TM反应器中，气体分配板位于TCP^TM窗的正下方，该窗也作为在正被处理的基底上方且与该基底平行的平面中的在反应器顶部的真空密封表面。工艺气体从源进给到由气体分配板、供应RF能量到该反应器中的平螺旋线圈下面的窗的内表面所限定的空间中。气体分配板材料包括介电材料以使该RF功率能够通过气体分配板耦合到该反应器中。

氧化蚀刻反应器包括等离子体室，该等离子体室包括具有静电卡盘的基底架，静电卡盘提供对基底的夹持力和对基底的RF偏置。可用传热气体背面冷却基底。聚焦环将等离子体约束在基底上方的区域中。用于在室中维持高密度（例如，10¹¹-10¹²离子/cm³）等离子体的能量源，如由合适的RF源供电以提供高密度等离子体的天线，被设置在等离子体室的顶部。该室包括合适的真空泵装置，用于将室的内部维持在希望的压强（例如，低于50毫托，通常为1-20毫托）。

基本上是平面的介电窗被提供在天线和等离子体处理室的内部之间并在处理室的顶部形成真空壁。气体分配板在窗下方且包括用于将工艺气体从气体供应源传送给室的开口。圆锥形或圆柱形的衬垫自气体分配板延伸并围绕基底架。天线可任选地具有通道，通过所述通道，传热流体经由入口管道和出口管道流通。

操作时，半导体基底（比如硅晶片）被置于基底架上并被静电卡盘保持在恰当位置。将工艺气体供应到真空处理室，并通过将RF功率提供给天线在基底和窗之间的空间中产生高密度等离子体。

各种反应器部件，比如室衬、静电卡盘、以及聚焦环，可以是具有暴露的阳极化层的冷喷涂的高纯度铝涂层部件。

上述高密度多晶硅和介电蚀刻室只是可包含具有阳极化层的冷喷涂的高纯度铝涂层部件的示例性等离子体蚀刻反应器。所述部件可被用在任何蚀刻反应器（例如，金属蚀刻反应器）或其它类型的半导体处理设备（其中等离子体侵蚀是个问题）中。

其它具有阳极化层的冷喷涂的高纯度铝涂层部件可以是室壁、基底架、紧固件，等等。这些部件通常由金属（例如，铝）或陶瓷（例如，氧化铝）制成且通常暴露于等离子体。其它部件可能没有直接暴露于等离子体，但暴露于腐蚀性气体，比如从被处理的晶片排出的气体或类似物。处理半导体基底时所使用的其它设备也可以是具有阳极化层的镀铝部件。这样的设备可包括传送机构、气体供应系统、衬垫、升降机构、加载锁、门机构、机械臂、紧固件，等等。

在包括冷喷涂的铝涂层部件的等离子体处理室中等离子体处理半导体基底的方法包括将至少一种工艺气体从工艺气体源供应到等离子体处理室中，利用RF能量源将RF能量施加到所述工艺气体以在等离子体处理室中产生等离子体，以及等离子体处理所述等离子体处理室中的基底上的半导体材料、绝缘体或金属材料。等离子体处理可包括蚀刻工艺、清洗工艺、沉积工艺、抗蚀剂剥离工艺或脱气工艺。要供应给等离子体处理室的工艺气体包括Cl₂、HCl、BCl₃、Br₂、HBr、O₂、H₂O、SO₂、CF₄、CH₂F₂、NF₃、CH₃F、C₂F₆、CHF₃和SF₆中的至少一者。

制造冷喷涂的高纯度铝涂层部件的方法包括将铝涂层冷喷涂到等离子体处理室的部件的至少一部分上。该制造方法可进一步包括使所述铝涂层平整或者阳极化处理所述铝涂层中的至少一者；以及任选地在平整和/或阳极化处理之后用清洗液湿法清洗所述部件。涂层部件的湿法清洗可通过许多已知方法来完成，比如共同受让的美国专利申请公布2011/0146704和美国专利No.7,507,670中所记载的那些方法，该两个文献通过参考全文并入此处。

实施例

实施例1

取样片A-E中的每一个均包括具有含至少99.7重量%的Al的冷喷涂的高纯度铝涂层的Al6061-T6铝基底。使用三种不同的阳极化工艺I、II和III阳极化处理所述取样片。在取样片A、B、C、D和E中的每一个上冷喷涂约5密耳厚度的铝涂层。取样片A-E具有约1.5至约3.0密耳范围内的阳极化层厚度。使用阳极化工艺I阳极化处理取样片A和B。使用阳极化工艺II阳极化处理取样片C和D。使用阳极化工艺III阳极化处理取样片E。此外，在阳极化处理之前，使用标准的化学-机械抛光技术平整所述取样片中的每一个。

阳极化工艺I包括以下步骤：预清洗、脱氧、掩模、除灰（demutting）、阳极阳极化处理、后清洗、热去离子水密封、最后清洗、干燥和封装步骤。使用硫酸浴。

阳极化工艺II包括草酸浴的使用。

阳极化工艺III包括在阳极化处理槽中使用草酸和硫酸二者（即，混合酸）。该工艺利用了草酸的优点（例如，高截止电压，但低导电率）和硫酸的优点（例如，高导电率，去除金属间颗粒，使用低温以获得良好硬度）。

如表1所示，所述取样片被测试从而确定阳极化膜的击穿电压。取样片C、D和E具有超过1.2kV的平均击穿电压而取样片A和B具有低于1.2kV的平均击穿电压。

表1

如表2所示，针对所述取样片测量阳极化层的厚度。取样片A、B、C和D各自具有至少2密耳（约50μm）的平均厚度。取样片E具有约1.778密耳的最小阳极化层平均厚度。

表2

如表3所示，阳极化层的表面粗糙度被测量。就每个取样片而言，在阳极化表面上的六个位置进行算术平均表面粗糙度测量。所述取样片的表面粗糙度值相似。

表3

此外，使用HCl气泡测试来测试所述取样片。为了执行该气泡测试，用环氧树脂将聚玻璃管（poly-glass tube）安装在取样片的阳极化表面上。在干燥之后，5wt.%的HCl溶液被充填在所述管中。观察所述阳极化表面，发现有连续的H₂气泡从阳极化表面产生。在该气泡测试中，当阳极化失败时，HCl直接与铝反应，产生H₂气泡。直到产生连续的H₂气泡的时间被确定。所述取样片中的每一个在测试的5个小时内均没有产生连续的H₂气泡。表4示出了针对取样片A-E的导纳（admittance）和HCl气泡测试的结果。

表4

还用3.5wt.%的NaCl溶液（相当于海水）对取样片A-E进行电化学阻抗谱（EIS）测试，如图3所示。取样片C、D和E显示出优秀的抗腐蚀性，根据该测试，取样片E显示出最佳的抗腐蚀性（最高阻抗Z），取样片C和D显示出第二高的阻抗Z。

实施例2

取样片F、G、H和I中的每一个均包括具有含至少99.7重量%的Al的冷喷涂的高纯度铝涂层的Al6061-T6铝基底。使用三种不同的阳极化工艺I、II和III阳极化处理所述取样片。在取样片F-I中的每一个上冷喷涂约5密耳厚度的铝涂层。取样片F-I具有约2.2至约2.4密耳范围内的阳极化层厚度。使用阳极化工艺I阳极化处理取样片F和G，如上面的实施例中所述。使用阳极化工艺III阳极化处理取样片H，如上面的实施例中所述。使用阳极化工艺II阳极化处理取样片I，如上面的实施例中所述。此外，在阳极化处理之前，使用标准的化学-机械抛光技术平整所述取样片中的每一个。

表5示出了取样片F-I的厚度、表面粗糙度、击穿电压、导纳、HCl气泡时间和视觉外观。

表5

取样片G、H和I具有至少0.4kV/密耳的平均击穿电压而取样片F具有低于0.2kV/密耳的平均击穿电压。取样片F-I各自具有至少2.25密耳（约56μm）的平均厚度。取样片G和I分别具有约2.28密耳和2.25密耳的最小阳极化层平均厚度。就每个取样片而言，在阳极化表面上的六个位置进行算术平均表面粗糙度测量。所述取样片的表面粗糙度值不相似。此外，使用HCl气泡测试来测试所述取样片，如上面的实施例中所述。取样片G-I在测试的2小时内均没有产生连续的H₂气泡。取样片F在测试的2小时内产生H₂气泡。

由Al6061-T6上的冷喷涂的铝涂层的上述实施例，可实现非常密集的、高纯度的Al涂层。图5示出了针对阳极化处理之前的取样片E的SEM相片的剖视图。可以看到，冷喷涂的Al涂层是密集的且基本上无孔。这样的高纯度的Al涂层可被容易地加工至表面粗糙度Ra<16微英寸。纯度水平远高于Al6061基础材料，杂质元素（比如铁）减少超过100倍。基于上述结果，冷喷涂可大幅减少来自源的Fe和Cr污染，维持出色的抗腐蚀性（HCl气泡时间和EIS），并根据需要提供不同的阳极化方法。例如，所述结果显示出阳极化工艺I可保持暗色，具有相对较低的击穿电压（750V）和出色的抗腐蚀性，而阳极化工艺II和III可用浅色提供大于0.6kV、优选大于1kV且最优选大于1.2kV的高击穿电压和出色的抗腐蚀性。

虽然已联系本发明的优选实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员知道的是，可以进行没有特别记载的增加、删除、修改和替换，却不背离本发明的在所附权利要求中限定的精神和范围。

Claims

1.一种等离子体处理室的铝涂层部件，所述部件包括：

具有表面的基底；和

在所述基底的所述表面的至少一部分上的冷喷涂的铝涂层；

其中所述冷喷涂的铝涂层包含通过颗粒的塑形变形键合到所述表面的铝粉材料颗粒；以及

其中

所述冷喷涂的铝涂层包括100ppm或更少的Mn、Si、Ni、Cr、Cu、V、Fe、Mg、Zn、Ti、B、Pb、Zr、Bi、Sn和Ca中的每一者；

所述冷喷涂的铝涂层具有10微英寸至20微英寸的表面粗糙度Ra；以及

所述冷喷涂的铝涂层具有至少15密耳的厚度并建立杂质或气体弥散屏障。

2.如权利要求1所述的部件，其还包括在所述冷喷涂的铝涂层的至少一部分上的阳极化涂层。

3.如权利要求1所述的部件，其中所述冷喷涂的铝涂层具有215密耳至250密耳的厚度。

4.如权利要求1所述的部件，其中所述冷喷涂的铝涂层包括至少99.7wt.％的Al且所述基底包括AL6061-T6。

5.如权利要求1所述的部件，其中所述部件选自由室衬、静电卡盘、聚焦环、室壁、边缘环、等离子体约束环、基底支撑件、挡板、气体分配板、气体分配环、气体喷嘴、加热元件、等离子体屏、输送机构、气体供应系统、升降机构、加载锁、门机构、机械臂和紧固件组成的组。

6.如权利要求2所述的部件，其中所述阳极化涂层具有至少1.2kV的击穿电压和/或所述部件在HCl气泡测试中在至少5小时内不产生氢气气泡。

7.如权利要求2所述的部件，其中所述冷喷涂的铝涂层的厚度是所述阳极化涂层的厚度的至少两倍。

8.一种等离子体处理室的铝涂层部件，所述部件包括：

具有表面的基底；和

在所述基底的所述表面的至少一部分上的冷喷涂的铝涂层，所述冷喷涂的铝涂层具有10微英寸至20微英寸的表面粗糙度Ra，其中所述冷喷涂的铝涂层包含通过颗粒的塑形变形键合到所述表面的铝粉材料颗粒；和

在所述冷喷涂的铝涂层的至少一部分上的阳极化涂层；

其中

所述冷喷涂的铝涂层包括100ppm或更少的Mn、Si、Ni、Cr、Cu、V、Fe、Mg、Zn、Ti、B、Pb、Zr、Bi、Sn和Ca中的每一者；以及

9.如权利要求8所述的部件，其中所述冷喷涂的铝涂层包括至少99.7wt.％的Al且所述基底包括AL6061-T6。

10.如权利要求8所述的部件，其中所述阳极化涂层具有至少0.6kV的击穿电压和/或所述部件在HCl气泡测试中在至少5小时内不产生氢气气泡。

11.一种在包括根据权利要求1所述的部件的等离子体处理室中等离子体处理半导体基底的方法，所述方法包括：

从工艺气体源供应至少一种工艺气体到所述等离子体处理室中；

利用射频(RF)能量源将RF能量施加到所述工艺气体以在所述等离子体处理室中产生等离子体；以及

在所述等离子体处理室中等离子体处理基底上的半导体材料、绝缘体或金属材料。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述等离子体处理包括蚀刻工艺、清洗工艺、沉积工艺、抗蚀剂剥离工艺或脱气工艺。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述供应至少一种工艺气体包括供应Cl₂、HCl、BCl₃、Br₂、HBr、O₂、H₂O、SO₂、CF₄、CH₂F₂、NF₃、CH₃F、C₂F₆、CHF₃和SF₆中的至少一者。