CN110246738A - 反应腔室部件结构及其制备方法、反应腔室 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反应腔室部件结构，包括部件本体和氧化膜层，其中，部件本体采用5系铝合金材料制成；氧化膜层通过部件本体氧化形成。本发明还提供反应腔室部件结构的制备方法及反应腔室。本发明可提高反应腔室部件的抗腐蚀性，从而可以提高反应腔室的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种反应腔室部件结构及其制备方法、反应腔室。
背景技术
铝合金具有较高的强度、良好的焊接性，阳极氧化膜具有良好的耐腐蚀性，自从上世纪80年代开始，已被广泛的应用于生产等离子体反应室部件。由于铝合金中含有大量的合金元素，如Mg、Cu、Zn、Mn、Fe、Si等，在等离子体刻蚀过程中，反应腔室内使用反应气体包括CF4/O2、NF3、Cl2、CH4/Ar等，生成大量的Cl基、F基等活性自由基，会与这些合金元素发生反应生产金属化合物颗粒，这些颗粒易造成反应腔室部件结构表面的金属污染，严重地影响器件的电性能；此外反应室内金属颗粒很难清洗，严重时甚至造成整个反应腔室的失效。
目前，反应腔室部件结构通常选用诸如A6061等的6系铝合金加工而成，且采用硫酸硬质阳极氧化在部件的表面形成一层氧化铝薄膜，以防止等离子体对反应腔室部件结构腐蚀。在实际应用中发现：该反应腔室部件结构在等离子体轰击的环境下，还是很容易造成腐蚀，即，对腔室造成金属污染。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种反应腔室部件结构及其制备方法、反应腔室，可提高反应腔室部件的抗腐蚀性，从而可以提高反应腔室的使用寿命。
为解决上述问题之一，本发明提供了一种反应腔室部件结构，包括部件本体和氧化膜层，其中：所述部件本体采用5系铝合金材料制成；所述氧化膜层通过部件本体氧化形成。
优选地，在所述氧化膜层上形成有陶瓷层。
优选地，所述氧化膜层表面具有预设粗糙度。
优选地，所述预设粗糙度的范围在3.2μm～6.3μm。
优选地，所述氧化铝薄膜的厚度范围在50μm～60μm。
优选地，所述陶瓷层包括：氧化钇或者氧化锆。
优选地，所述陶瓷层的厚度范围在50μm～200μm。
本发明还提供一种反应腔室，包括上述提供的反应腔室部件结构。
本发明还提供一种反应腔室部件结构的制备方法，包括以下步骤：
采用5系铝合金材料制成部件本体；
对所述部件本体的外表面进行氧化处理，以形成氧化膜层。
优选地，所述对所述部件本体的外表面进行氧化处理包括：
对所述部件本体进行预热；
将所述部件本体放置在硝酸、草酸的电镀槽中进行阳极氧化。
优选地，硝酸与草酸质量百分百的比值范围在0.8～1.2。
优选地，硝酸与草酸质量百分百的比值为1:1。
优选地，所述氧化铝薄膜的厚度范围在50μm～60μm。
优选地，对所述氧化膜层采用封孔工艺进行封孔。
优选地，还包括：在所述氧化膜层的表面形成陶瓷层。
优选地，所述陶瓷层包括：氧化钇或者氧化锆。
优选地，所述陶瓷层的厚度范围在50μm～200μm。
优选地，在形成所述陶瓷层之前，还包括：对所述氧化膜层的表面进行粗糙化处理。
优选地，所述氧化膜层的表面的粗糙度的范围在3.2μm～6.3μm。
本发明具有以下有益效果：
本发明中，克服了现有技术中仅考虑需要反应腔室部件结构的强度更高而采用6系铝合金的技术偏见，采用了5系铝合金，由于5系铝合金为加工硬化型Al-Mg铝合金(例如A5052)，其中Si元素极少，因此，不易发生晶界腐蚀，从而可以提高反应腔室部件的抗腐蚀性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的反应腔室部件结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的反应腔室部件结构的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的反应腔室部件结构及其制备方法、反应腔室进行详细描述。
在此说明，下文中的反应腔室部件结构包括但不限于：反应腔室的内壁、设置在内壁上的内衬、调整支架、静电卡盘等等。
实施例1
图1为本发明实施例提供的反应腔室部件结构的结构示意图；请参阅图1，本发明实施例1提供一种反应腔室部件结构，包括部件本体1和氧化膜层11，其中，所述部件本体1采用5系铝合金材料制成；所述氧化膜层11通过部件本体1氧化形成。
在描述本发明实施例提供的反应腔室部件结构1是如何提高抗腐蚀性之前，先具体分析研究现有技术中反应腔室部件结构1的抗腐蚀性差的原因，具体分析如下：
现有技术中采用的6系铝合金为可热处理强化型Al-Mg-Si铝合金(例如，A6061)，因为添加Si形成Mg2Si增强相，可增加强化效果，但是，由于Si元素过多造成晶界腐蚀，从而影响反应腔室部件结构的抗腐蚀性。
本实施例中，克服了现有技术中仅考虑需要反应腔室部件结构的强度更高而采用6系铝合金的技术问题，采用了5系铝合金，由于5系铝合金为加工硬化型Al-Mg铝合金(例如A5052、A5054、A5083等)，其中Si元素极少，因此，不易发生晶界腐蚀，从而可以提高反应腔室部件的抗腐蚀性。
优选地，在氧化膜层11上形成有陶瓷层12，陶瓷层12可以作为一个阻挡等离子体腐蚀的阻挡层，从而可以更好地提高反应腔室部件结构的抗腐蚀性。
为了提高陶瓷层12和氧化铝薄膜11之间的附着力，本实施例采用如下两种方式来实现：
第一种方式：氧化膜层11的表面具有预设粗糙度；这样，陶瓷层12形成在具有预设粗糙度的氧化膜层11的表面上。
更进一步优选地，预设粗糙度的范围在3.2μm～6.3μm，这可以保证氧化膜层11与陶瓷层12之间具有较强的附着力。
在此需要说明的是，为实现氧化膜层11的表面具有一定粗糙度，可以但不限于采用等离子体喷砂处理方式对氧化膜层11的表面进行喷砂来实现。
第二种方式：陶瓷层采用如下方法形成：对部件本体1进行预热至100℃～120℃；选取纯度大于99.99％且粒度在5μm～10μm的陶瓷材料粉末进行喷涂；去火(优选地但不限于在100℃～120℃温度下退火2小时-5小时)。采用该方法形成的陶瓷层属于高纯度且致密的涂层，从而不仅在氧化铝膜层11上的附着力强；而且孔隙率小，能够更好地阻挡被等离子体腐蚀。
优选地，陶瓷层12包括但不限于：氧化钇或者氧化锆，由于氧化钇和氧化锆具有比氧化铝更好地抗等离子体腐蚀性能和更长的寿命，因此，这与现有技术相比，不仅在氧化铝薄膜11的基础上增加了陶瓷层12；而且陶瓷层12的抗腐蚀性和使用寿命高于氧化铝层，因此，可以很大程度上提高反应腔室部件结构的抗腐蚀性和使用寿命。
另外优选地，陶瓷层12的厚度范围在50μm～200μm，以很好地满足抗腐蚀性要求。
在本实施例中，优选地，采用5系铝合金制成的反应腔室部件结构1的外表面采用混酸阳极氧化方法形成氧化膜层11，这是因为：6系铝合金含有较多的Si元素，阳极氧化过程中硅作为单质颗粒留在膜中，不被氧化，也可能不溶解，混酸系阳极氧化需要加高电压，留在膜中的硅容易造成氧化膜孔隙率，当膜较厚时，容易产生裂纹。故，混酸系阳极氧化一般选用含硅量较少的5系，既能满足强度要求，又能满足其氧化膜致密性的要求，也即，不仅可以降低氧化膜层11的孔隙率，而且获得的氧化铝薄膜的耐温性能较好，能够避免在高温下(例如80℃～120℃)无裂痕发生，从而更适合对腔室要求较高的14nm以下刻蚀设备的要求。当然，在实际应用中，反应腔室部件结构1的外表面还可以采用但不限于硫酸硬质阳极氧化方法形成所述氧化膜层11。
优选地，混酸阳极氧化方法包括：
对部件本体1预热(例如，将部件本体1放置在30℃～40℃的温水中进行预热)；
将部件本体1放置在质量分数比范围在0.8～1.2之间的硝酸、草酸的电镀槽中进行阳极氧化(在该步骤中，可采用搅拌的方式使电镀槽中的溶液保持均一温度，该温度可以根据实际工艺温度进行设定)；
采用封孔工艺进行封孔(封孔工艺包括加压蒸汽封孔方式，例如110KPa，还可以沸水封孔等)。
采用该混酸阳极氧化方法获得的氧化膜层11的孔隙率很低。当然，在实际应用中，还可以采用其他混合酸，例如，硝酸和铬酸、硝酸和磷酸等。
优选地，氧化膜层11的厚度范围在50μm～60μm，可以更好地提高抗腐蚀性。
实施例2
本发明实施例提供一种反应腔室，包括本发明上述实施例1提供的反应腔室部件结构。
具体地，反应腔室包括但不限于：物理气相沉积腔室、化学气相沉积腔室、刻蚀腔室等
本发明实施例提供的反应腔室，由于采用上述实施例1提供的反应腔室部件结构，因此可以提高反应腔室的抗腐蚀性，从而可以提高使用寿命。
实施例3
图2为本发明实施例提供的反应腔室部件结构的制备方法，请一并参阅图1和图2，本发明实施例提供的反应腔室部件结构的制备方法，包括以下步骤：
S1，采用5系铝合金材料制成部件本体1；
S2，对所述部件本体1的外表面进行氧化处理，以形成有氧化膜层11。
采用本发明实施例提供的反应腔室部件结构的制备方法，可以制备上述实施例1相应的反应腔室部件结构，基于上述实施例1相同的理由，因此，可以提高抗腐蚀性。
优选地，在步骤S2之后，还包括：
S3，在氧化铝薄膜11的表面形成陶瓷层12。陶瓷层12可以作为一个阻挡等离子体腐蚀的阻挡层，从而可以更好地提高反应腔室部件结构的抗腐蚀性。
还优选地，在步骤S2和步骤S3之间，还包括：
S23，对氧化膜层11的表面进行粗糙化处理。具体地，可以但不限于采用等离子体喷砂处理方式进行粗糙化处理。可以理解，在粗糙化处理后的氧化铝薄膜11的表面形成陶瓷层12，可以提高陶瓷层12和氧化铝薄膜11之间的附着力。
进一步优选地，氧化膜层11的表面的粗糙度的范围在3.2μm～6.3μm，这可以保证氧化铝薄膜11与陶瓷层12之间具有较强的附着力。
另外优选地，步骤S3包括：
S31，对部件1进行预热至100℃～120℃；
S32，选取纯度大于99.99％且粒度在5μm～10μm的陶瓷材料粉末进行喷涂；
S33，去火；优选地但不限于在100℃～120℃温度下退火2小时-5小时。
采用S31～S33形成的陶瓷层属于高纯度且致密的涂层，从而不仅在氧化膜层11上的附着力强；而且孔隙率小，能够更好地阻挡被等离子体腐蚀。
优选地，陶瓷层12包括：氧化钇或者氧化锆。由于氧化钇和氧化锆具有比氧化铝更好地抗等离子体腐蚀性能和更长的寿命，因此，这与现有技术相比，不仅在氧化膜层11的基础上增加了陶瓷层12；而且陶瓷层12的抗腐蚀性和使用寿命高于氧化铝层，因此，可以很大程度上提高反应腔室部件结构的抗腐蚀性和使用寿命。
优选地，陶瓷层12的厚度范围在50μm～200μm，以很好地满足抗腐蚀性要求。
优选地，步骤S2包括：对部件本体1进行预热；将部件本体1放置在硝酸、草酸的电镀槽中进行阳极氧化，即采用混酸阳极氧化方法形成氧化膜层11，这与6系铝合金采用混酸阳极氧化方法相比，不仅可以降低氧化膜层11的孔隙率，而且获得的氧化膜层的耐温性能较好，能够避免在高温下(例如80℃～120℃)无裂痕发生，从而更适合14nm以上刻蚀设备的要求。当然，在实际应用中，反应腔室部件结构的外表面还可以采用但不限于硫酸硬质阳极氧化方法形成所述氧化膜层11。
优选地，对部件本体1预热可以但不限于将部件本体1放置在30℃～40℃的温水中进行预热。具体地，可采用搅拌的方式使电镀槽中的溶液保持均一温度，该温度可以根据实际工艺温度进行设定。
优选地，硝酸、草酸的质量百分比的比值范围在0.8～1.2。进一步优选地，硝酸、草酸的质量百分比的比值为1：1。
还优选地，对所述氧化膜层采用封孔工艺进行封孔。具体地，封孔工艺包括加压(例如110KPa)蒸汽封孔方式，还可以为沸水封孔等。
采用上述混酸阳极氧化方法获得的氧化膜层11的孔隙率很低。当然，在实际应用中，还可以采用其他混合酸，例如，硝酸和铬酸、硝酸和磷酸等。
优选地，氧化铝膜层11的厚度范围在50μm～60μm，可以更好地提高抗腐蚀性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (19)
1.一种反应腔室部件结构，其特征在于，包括部件本体和氧化膜层，其中：
所述部件本体采用5系铝合金材料制成；
所述氧化膜层通过部件本体氧化形成。
2.根据权利要求1所述的反应腔室部件结构，其特征在于，
在所述氧化膜层上形成有陶瓷层。
3.根据权利要求2所述的反应腔室部件结构，其特征在于，
所述氧化膜层表面具有预设粗糙度。
4.根据权利要求3所述的反应腔室部件结构，其特征在于，所述预设粗糙度的范围在3.2μm～6.3μm。
5.根据权利要求1所述的反应腔室部件结构，其特征在于，所述氧化铝薄膜的厚度范围在50μm～60μm。
6.根据权利要求2所述的反应腔室部件结构，其特征在于，所述陶瓷层包括：氧化钇或者氧化锆。
7.根据权利要求1所述的反应腔室部件结构，其特征在于，所述陶瓷层的厚度范围在50μm～200μm。
8.一种反应腔室，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的反应腔室部件结构。
9.一种反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用5系铝合金材料制成部件本体；
对所述部件本体的外表面进行氧化处理，以形成氧化膜层。
10.根据权利要求9所述的反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，所述对所述部件本体的外表面进行氧化处理包括：
对所述部件本体进行预热；
将所述部件本体放置在硝酸、草酸的电镀槽中进行阳极氧化。
11.根据权利要求10所述的反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，硝酸与草酸质量百分百的比值范围在0.8～1.2。
12.根据权利要求11所述的反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，硝酸与草酸质量百分百的比值为1:1。
13.根据权利要求9所述的反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，所述氧化铝薄膜的厚度范围在50μm～60μm。
14.根据权利要求10所述的反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，对所述氧化膜层采用封孔工艺进行封孔。
15.根据权利要求9所述的反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，还包括：在所述氧化膜层的表面形成陶瓷层。
16.根据权利要求15所述的反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，所述陶瓷层包括：氧化钇或者氧化锆。
17.根据权利要求15所述的反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，所述陶瓷层的厚度范围在50μm～200μm。
18.根据权利要求15所述的反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，在形成所述陶瓷层之前，还包括：对所述氧化膜层的表面进行粗糙化处理。
19.根据权利要求18所述的反应腔室部件结构的制备方法，其特征在于，所述氧化膜层的表面的粗糙度的范围在3.2μm～6.3μm。
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