CN113611589B - 零部件、等离子体装置、形成耐腐蚀涂层的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零部件、等离子体装置、形成耐腐蚀涂层的方法及其装置，所述耐腐蚀涂层包括：零部件本体，其包括待镀面，所述待镀面在任意水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米或者平均粗糙度小于1微米；耐腐蚀涂层，位于所述待镀面上，所述耐腐蚀涂层表面在任意水平距离为50微米范围内局域高度偏差小于等于10微米，所述耐腐蚀涂层表面形貌致密，无生长边界。本发明所述耐腐蚀涂层耐等离子体腐蚀的能力较强，不易开裂，不易形成颗粒污染。

Description

零部件、等离子体装置、形成耐腐蚀涂层的方法及其装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种零部件、等离子体装置、形成耐腐蚀涂层的方法及其装置。

背景技术

等离子体蚀刻工艺在集成电路领域发挥了关键作用。最新的5nm半导体制程中等离子体刻蚀工艺步骤数占总比已提升至17%以上。先进刻蚀制程工艺的功率和步骤的大幅提升，要求等离子体刻蚀腔室内产生更少的微颗粒污染，进一步保障刻蚀设备工艺的良率。目前，在最先进的制程中，对颗粒污染的要求已经严苛要求在整个部件的生命周期内，所产生45nm以下的颗粒污染物小于10颗，并且贴地率（zero rate, 即45nm的颗粒0颗的概率）大于70%以上。

目前，等离子体刻蚀腔体内普遍采用含钇涂层涂覆在工件内壁上，以保护工件免受等离子体的腐蚀。由于涂层涂覆采用的工艺差异，如喷涂法、气凝胶法、溅射法、PVD法等，使得工件表面的粗糙度差异大，造成工件服役条件下的颗粒污染物性能差异也大不相同。在最新的先进制程中的应用法发现，工件表面粗糙度大会引起等离子体在涂层表面形成大量生长单元，每个生长单元中包括多个晶体结构，每个生长单元与相邻生长单元交界处向下凹陷，在涂层表面相邻生长单元交界的位置，等离子体浓度大于其它区域，所以会发生优先腐蚀，进一步地，沿着生长单元边界向内渗透，可能将生长单元边界的材料快速腐蚀而与周围生长单元脱离，掉落形成大的颗粒污染物，造成污染，进一步使得含钇涂层涂覆的工件服役寿命远小于预期而不得不进行更换或者翻新，大大增加运行成本。

然而，由于涂层和衬底本体的热膨胀系数存在着巨大差异，在光滑衬底表面形成致密涂层时，涂层容易发生开裂，甚至脱落。因而如何在光滑表面上形成致密的耐腐蚀涂层，是进一步提升先进等离子体刻蚀性能的一个关键因素。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种零部件、等离子体装置、形成耐腐蚀涂层的方法及其装置，以形成致密的耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层不易开裂，能够降低颗粒污染。

为解决上述技术问题，本发明提供一种零部件，包括：零部件本体，其包括待镀面，所述待镀面在任意水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米或者平均粗糙度小于1微米；耐腐蚀涂层，位于所述待镀面上，所述耐腐蚀涂层表面在任意水平距离为50微米范围内局域高度偏差小于等于10微米，所述耐腐蚀涂层由物理气相沉积工艺制成，表面形貌致密。其中所述耐腐蚀涂层最佳的需要由低热应力涂覆方法形成在零部件表面，所述低热应力涂覆方法包括：放置零部件在一个涂覆材料源装置上方，使得材料源装置中的涂覆材料分子向上运动到达零部件表面，零部件表面形成第一厚度的涂层后，移动所述零部件使得零部件与所述涂覆材料源装置的距离增加，或者使得零部件于倾斜面向所述涂覆材料分子运动方向。

可选的，耐腐蚀涂层中没有生长边界，彻底防止在生长边界中凹槽的产生。

可选的，所述耐腐蚀涂层表面具有多个生长单元，其中80%以上的生长单元的面积小于450平方微米。最佳的每个生长单元的顶部和边界沟槽之间的高度差小于1um。或者80%以上的生长单元边界具有小于100微米的周长。

可选的，在耐腐蚀涂层表面任意50微米范围内，通过扫描电子显微镜在放大至少1000倍条件下观察其形貌，无封闭图形。

可选的，所述零部件本体的材料包括：铝、铝合金、陶瓷、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅和氧化硅中的一种。

可选的，所述耐腐蚀涂层的材料为稀土元素的氧化物、氟化物和氟氧化物中的至少一种。

可选的，所述耐腐蚀涂层的材料还包括：铝元素或者硅元素。

可选的，所述耐腐蚀涂层的厚度为：1~1000微米。

可选的，所述耐腐蚀涂层的厚度为10微米~200微米。

可选的，所述耐腐蚀涂层为结晶结构和非晶结构中的至少一种。

相应的，本发明提供一种等离子体装置，包括：反应腔，所述反应腔内用于形成等离子体环境；上述零部件，位于所述反应腔内，暴露于所述等离子体环境中。

可选的，当等离子体装置为电感耦合等离子体装置时，所述零部件包括：陶瓷板、内衬套、气体喷嘴、气体分配板、气管法兰、静电吸盘组件、覆盖环、聚焦环、绝缘环和衬底固持框中的至少一种。

可选的，当等离子体装置为电容耦合等离子体装置时，所述零部件包括：喷淋头、上接地环、移动环、气体分配板、气体缓冲板、静电吸盘组件、下接地环、覆盖环、聚焦环、绝缘环和衬底固持框中的至少一种。

相应的，本发明还提供一种在零部件本体上形成耐腐蚀涂层的装置，包括：反应腔；零部件本体，位于所述反应腔内，其包括待镀面，所述待镀面与所述靶材相对设置，所述待镀面在任意水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米或者平均粗糙度小于1微米；材料源装置，用于在所述零部件本体的表面形成上述耐腐蚀涂层。

可选的，所述反应腔内用于进行的工艺为：物理溅射、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层气相沉积、金属有机化学气相沉积和分子束外延法中的一种。

可选的，所述反应腔内用于进行的工艺为物理气相沉积工艺时，所述材料源装置包括：靶材，位于所述反应腔内；激发装置，用于激发所述靶材形成气相分子流，并在所述零部件本体的待镀面沉积形成耐腐蚀涂层；驱动装置，在形成所述耐腐蚀涂层的过程中，用于驱动所述零部件本体移动，形成所述耐腐蚀涂层。

可选的，所述驱动装置为升降机构，用于改变所述零部件本体与靶材之间的距离。

可选的，所述驱动装置为摆角机构，用于改变所述零部件本体的待镀面法线与竖直方向之间的夹角。

相应的，本发明还提供一种在零部件本体的表面形成耐腐蚀涂层的方法，包括：提供上述的在零部件本体上形成耐腐蚀涂层的装置；利用所述材料源装置，在所述零部件本体的表面形成所述耐腐蚀涂层。

可选的，当所述材料源装置包括靶材、激发装置和驱动装置时，利用所述激发装置激发所述靶材内的分子，在所述零部件本体的待镀面上形成初始耐腐蚀涂层，利用驱动装置移动零部件本体，以降低形成的耐腐蚀涂层中残余热应力，形成后续耐腐蚀涂层，所述初始耐腐蚀涂层和后续耐腐蚀涂层构成所述耐腐蚀涂层。

可选的，形成所述初始耐腐蚀涂层和后续耐腐蚀涂层过程中所述零部件本体与靶材之间的间距分别为第一距离和第二距离，且所述第一距离小于第二距离。

可选的，形成后续耐腐蚀涂层过程中第二距离小于所述反应腔内压力所对应的平均分子自由程。

可选的，形成初始耐腐蚀涂层过程中靶材与待镀面的中心连线垂直于待镀面，且所述零部件本体的待镀面法线与竖直方向之间为第一夹角；形成后续耐腐蚀涂层过程中靶材与待镀面的中心连线偏离与待镀面的垂直方向，且零部件本体的待镀面法线与竖直方向之间为第二夹角，且所述第二夹角大于第一夹角。

可选的，所述第一夹角和第二夹角的范围为：0°~60°。

可选的，所述初始耐腐蚀涂层的厚度小于10微米。

可选的，利用驱动装置移动零部件本体的方式为阶梯式改变，当耐腐蚀涂层达到一定厚度后利用驱动装置移动一下零部件本体。

可选的，所述利用驱动装置移动零部件本体的方式为渐变式改变，即随着耐腐蚀涂层厚度的增加逐渐连续进行移动零部件本体的操作。

可选的，还包括：增强源，用于增加所述耐腐蚀涂层的致密性；所述增强源包括：等离子体增强、离子束增强、射频源增强、微波增强。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的在零部件上形成耐腐蚀涂层的方法中，所述零部件本体的待镀面非常光滑，使得后续在零部件本体的待镀面形成的耐腐蚀涂层的表面也非常光滑且无生长边界，耐腐蚀涂层表面局域高度偏差小，使得在等离子体环境下，等离子体浓度在耐腐蚀涂层表面各处的均匀性好，有效避免因局域高度偏差过大引起的边界优先腐蚀现象，因而耐腐蚀涂层表面受到的腐蚀速率一致，进而不会产生由于耐腐蚀涂层生长单元边界被优先腐蚀而引起的颗粒污染，进一步延长零部件的服役寿命，降低生产成本。并且，所述耐腐蚀涂层的厚度较厚且不易发生开裂，因此，有利于提高所述耐腐蚀涂层对零部件本体的保护能力，延长所述零部件本体的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种等离子体装置的结构示意图；

图2为本发明另一种等离子体装置的结构示意图；

图3是本发明一种零部件的结构示意图；

图4是本发明一种局域高度偏差计算方法的示意图；

图5是粗糙度小于1微米时局域高度偏差的示意图；

图6是本发明耐腐蚀涂层的扫描电镜图；

图7是现有技术耐腐蚀涂层的扫描电镜图；

图8为本发明耐腐蚀涂层厚度与水平距离的关系示意图；

图9是本发明一种形成耐腐蚀涂层的装置示意图；

图10是本发明另一种形成耐腐蚀涂层的装置示意图；

图11是本发明形成耐腐蚀涂层的流程图；

图12a、12b是现有技术与本发明另一实施例形成的耐腐蚀层表面的扫描电镜图；

图13a、13b是图12a、12b所示的耐腐蚀层表面形貌示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的耐腐蚀涂层易形成颗粒污染，且易发生开裂脱落。为此，本发明致力于提供一种耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层的致密性较好，不易开裂，耐腐蚀能力较强，不易形成颗粒污染，以下进行详细说明：

图1为本发明一种等离子体装置的结构示意图。

请参考图1，等离子体装置包括：等离子体处理腔100，等离子体处理腔100内为等离子体环境，半导体零部件和等离子体处理腔100内部腔壁暴露于等离子体环境中，所等离子体包括含F等离子体、含Cl等离子体、含H等离子体或含O等离子体中的至少一种。

等离子体装置还包括：基座101，基座101的上方设有静电夹盘103，所述静电夹盘103内设有电极（图中未标出），所述电极与直流电源DC电连接，用于产生静电引力以固定待处理基片W，等离子体用于对待处理基片W进行处理。由于等离子体具有较强的腐蚀性，为了防止半导体零部件的表面被等离子体腐蚀，因此需要在零部件本体的表面涂覆耐腐蚀涂层。

在本实施例中，等离子体装置为电容耦合等离子体反应装置，相应的，暴露于等离子体环境中的零部件包括：喷淋头102、上接地环104、移动环、气体分配板105、气体缓冲板、静电吸盘组件103、下接地环106、覆盖环107、聚焦环108、绝缘环和等离子体约束装置109中的至少一种。

图2为本发明另一种等离子体装置的结构示意图。

在本实施例中，等离子体反应装置为电感耦合等离子体反应装置，相应的，暴露于等离子体环境中的半导体零部件包括：陶瓷板、内衬套200、气体喷嘴201、气体分配板、气管法兰、静电吸盘组件202、覆盖环203、聚焦环204、绝缘环和等离子体约束装置205中的至少一种。

在其它实施例中，所述等离子体体处理装置还可以为等离子体清洗装置。

随着半导体高端制程（10nm以下）的不断进步，等离子体刻蚀制程中使用的等离子体的环境更加复杂，对颗粒污染的要求也越来越高，这就要求制备出高致密性的耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层不易发生开裂，有利于降低颗粒污染。

以下对高致密性的耐腐蚀涂层的装置进行详细说明：

图3是本发明一种零部件的结构示意图。

请参考图3，零部件300包括：零部件本体301，其包括待镀面A，所述待镀面A在任意水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米；耐腐蚀涂层302，位于所述待镀面上，所述耐腐蚀涂层302表面在任意水平距离为50微米范围内局域高度偏差小于等于10微米，所述耐腐蚀涂层302表面形貌致密，无生长边界。

所述零部件本体301的材料包括：铝、铝合金、陶瓷、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅和氧化硅中的至少一种。

所述零部件本体的材料光滑表面可以通过机械抛光、化学抛光和机械化学抛光方式中的一种或者多种方式获得。例如：对于经过熔融过程形成的零部件本体301的材质为铝、铝合金、单晶硅时，零部件本体301中没有孔洞或者气泡，可以直接通过机械抛光、化学抛光和机械化学抛光方式中的一种或者多种方式获得光滑表面。对于经过高温烧结但没有经过熔融过程形成的材质如陶瓷、多晶硅、碳化硅、氮化硅和氧化硅的零部件本体301时，由于烧结过程中晶粒收缩形成的孔洞结构，使得这些材质经过抛光后的孔洞结构暴露在表面，这些孔洞结构的高度偏差较大，甚至高达百微米级别，无法通过直接抛光的方式完全去除。因此，对于这些材质，需要通过一定的预处理工艺才能得到符合本发明要求的表面特征。所述预先处理工艺，包括但不限于：添加烧结助剂，形成液相烧结，减小缩微孔；在零部件本体301的表面涂覆陶瓷釉；通过快速加热方式熔融表面，消除孔洞结构等。通过预处理工艺消除孔洞结构后，再通过机械抛光、化学抛光和/或机械化学抛光方式可以获得本发明要求的具有光滑表面特征的零部件本体。

所述零部件本体301包括待镀面A，所述待镀面A后续用于形成耐腐蚀涂层302，所述待镀面A的粗糙度Ra小于1微米，且所述待镀面A在任意水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米，即：所述待镀面A非常光滑。所述零部件本体301作为耐腐蚀涂层302的衬底材料，所述待镀面A非常光滑，使得后续形成的耐腐蚀涂层302的表面也非常光滑，具体所述耐腐蚀涂层302表面的粗糙度小于1微米，且所述耐腐蚀涂层302表面在任意水平距离为50微米范围内局域高度偏差小于等于10微米。

其中，所述待镀面A的局域高度偏差与耐腐蚀涂层302的局域高度偏差类似，如图4所示，图中1代表的是零部件本体301的待镀面A或耐腐蚀涂层302的表面，纵坐标高度代表零部件本体301或者耐腐蚀涂层302沿其厚度方向上的尺寸，横坐标水平距离代表零部件本体301待镀面A或者耐腐蚀涂层302表面沿水平方向上任意选择的尺寸。将零部件本体301的待镀面A或耐腐蚀涂层302的表面按照水平距离划分为若干个局域，然后在不同的局域水平距离内找到各个局域高度偏差值LHVi（i=1,2,...,n），最后对这些局域高度偏差取最大值，即为LHV值。LHV值越大，说明局部高度偏差越大，零部件本体301的待镀面A或耐腐蚀涂层302表面粗糙越大；LHV值越接近于0，说明局部高度偏差越小，零部件本体301的待镀面A或耐腐蚀涂层302表面粗糙越小。

在本实施例中，所述零部件本体301的待镀面A在水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米，说明在零部件本体301待镀面A上任意选取水平距离为100微米的局域内，零部件本体301待镀面A波峰或波谷的高度偏差值LHV均小于等于20微米，即：所述零部件本体301待镀面A的非常光滑。同样的，所述耐腐蚀涂层302的表面在水平距离为50微米范围内局域高度偏差小于等于10微米，说明在耐腐蚀涂层302的表面任意选取水平距离为50微米的局域内，耐腐蚀涂层302表面的波峰或波谷的高度偏差值LHV均小于等于10微米，这样能够降低等离子体在耐腐蚀涂层302表面波峰和波谷处的选择性腐蚀作用，进而使得耐腐蚀涂层302表面在服役条件下均匀腐蚀，降低颗粒污染物形成概率，提高工件服役寿命。

相应的，图5显示的为一种耐腐蚀涂层表面1’的局域高度偏差的示意图，所述耐腐蚀涂层表面1’的粗糙度Ra虽然也是小于1微米，但是，粗糙度Ra只限定了表面波动情况的平均状态，而对水平方向的尺寸并没有限制，而使得局域高度偏差可能相对比较大，例如图中局域LHV-A的高度偏差就较大，那么在局域内等离子体对耐腐蚀涂层表面1’波峰和波谷处的腐蚀作用不同，其中波谷处更易被等离子体腐蚀，沿着生长单元边界向内渗透，可能将生长单元腐蚀而与周围生长单元脱离，掉落形成大的颗粒污染物，造成颗粒污染。

另外，所述耐腐蚀涂层302的表面较光滑，可通过图6进一步验证。图6为所述耐腐蚀涂层302在放大倍数为5000倍的扫描电子显微镜照片。根据图6所示，所述耐腐蚀涂层302表面形貌致密，没有观察到明显的封闭的图形，说明涂层中没有明显的生长边界。而现有技术的耐腐蚀涂层如图7（放大倍数同样为5000倍）所示，可以看出，图7中有明显的封闭的图形C，说明耐腐蚀涂层中存在明显的生长边界。通过对比可以看出，即使对于同样粗糙度（Ra<1um）要求的情况下，局域高度偏差要求不一样，所得到的耐腐蚀涂层也具有不同的形貌特征。

图8为通过3D光学显微镜测量得到的本发明耐腐蚀涂层厚度与水平距离的关系图。

请参考图8，该图通过光学显微镜测量得到，测量条件为，放大倍率为500倍，高度方向的测量分辨率(间距)为0.05微米，水平测试面积为600微米乘以800微米。图中的曲线为本发明耐腐蚀涂层的表面，横坐标水平距离代表耐腐蚀涂层沿水平方向的尺寸，纵坐标耐腐蚀涂层沿厚度方向的尺寸，从图8可以看出：通过计算得到，在测试范围内，10um的局部高度偏差LHV值为0.28um，非常接近于0，说明耐腐蚀涂层表面非常平整。这样，在等离子体环境下，等离子体浓度在耐腐蚀涂层表面各处的均匀性好，不会存在较大差异的浓度差异，因而耐腐蚀涂层表面受到的腐蚀速率一致，进而不会产生由于耐腐蚀涂层生长单元边界被优先腐蚀而引起的颗粒污染，进一步延长工件的服役寿命，降低生产成本。其中，所述耐腐蚀涂层的高度数据也可以采用探针接触方式测量高度信息得到。

除此之外，所述局域高度偏差还可以通过接触式高度仪测量得到。

本发明所述耐腐蚀涂层的的材料为稀土元素的氧化物、氟化物和氟氧化物中的至少一种，也可以为至少一种稀土元素与铝、硅元素等形成的复合氧化物、复合氟化物和复合氟氧化物的至少一种。所述耐腐蚀涂层为结晶结构和非晶结构中的至少一种。一般而言，对于氟含量、铝含量或者硅含量比较高（原子百分比>40%）的化合物，容易形成非晶结构；而对于稀土元素含量比较高（原子百分比>50%）的化合物，容易形成结晶结构。

相应的，本发明还提供一种在零部件本体上形成耐腐蚀涂层的装置，其包括：反应腔；零部件本体，位于所述反应腔内，其包括待镀面，所述待镀面在任意水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米；材料源装置，用于在所述零部件本体的表面形成所述耐腐蚀涂层。所述反应腔内进行的工艺为：物理溅射、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层气相沉积、金属有机化学气相沉积和分子束外延法中的一种。其中通过物理气相沉积能获得最致密的耐腐蚀涂层，使得耐腐蚀涂层中的孔隙率低于0.5%。以下图9和图10以所述反应腔内进行的工艺为物理气相沉积工艺进行详细说明，其中，图9和图10中的靶材、激发装置和驱动装置作为所述材料源装置。

图9是本发明一种形成耐腐蚀涂层的装置示意图。

请参考图9，形成耐腐蚀涂层的装置包括：反应腔400；靶材401，位于所述反应腔400内；零部件本体403，位于所述反应腔400内，其包括待镀面，所述待镀面与所述靶材401相对设置，所述待镀面在水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米；激发装置402，用于激发所述靶材401内的分子，在所述零部件本体403的待镀面形成耐腐蚀涂层404；驱动装置405，在形成所述耐腐蚀涂层404的过程中，用于驱动所述零部件本体403移动，形成上述耐腐蚀涂层404。

靶材401被激发装置402激发，形成分子流，所述分子流与零部件本体403的待镀面碰撞迁移并沉积形成耐腐蚀涂层404。在本实施例中，所述驱动装置405为升降机构，利用升降机构增加零部件本体403待镀面与靶材401之间的距离。在初始阶段，在零部件本体的表面形成初始耐腐蚀涂层，此时，所述零部件本体403与靶材401之间为第一距离h1，之后，利用升降机构使零部件本体403与靶材401之间为第二距离h2，所述第二距离h2大于h1，以降低后续沉积耐腐蚀涂层404中的残余热应力，降低后续耐腐蚀涂层开裂甚至脱落的风险，进一步保持耐腐蚀涂层404的光滑表面，得到具有光滑耐腐蚀涂层404涂覆的零部件。其中，所述初始耐腐蚀涂层和后续耐腐蚀涂层构成耐腐蚀涂层404。

需要说明的是，在耐腐蚀涂层404涂覆的过程（耐腐蚀涂层404厚度逐渐增加）中，通过驱动机构405逐渐增大零部件本体403与靶材401之间的距离，以降低后续耐腐蚀涂层的残余热应力，这种增加距离的方式不限定于逐渐式增加（随时间逐渐增加所述零部件本体与靶材之间的距离），或者阶段式增加（随时间达到一定厚度的耐腐蚀涂层404后手动调节所述零部件本体403与靶材401之间的距离），但应该使得形成后续耐腐蚀涂层过程中第二距离h2小于反应腔400压力所对应的平均分子自由程，例如：当所述反应腔400内的压力为10^-3Pa下，形成后续耐腐蚀涂层过程中第二距离h2应小于1米。

利用图9所示装置能够形成厚度较厚不易开裂的耐腐蚀涂层404，具体的，所述耐腐蚀涂层404的厚度为：0微米~1000微米，所述耐腐蚀涂层404的厚度较厚，能够抵御等离子体腐蚀，对零部件本体403的保护能力较强，防止零部件本体403受到等离子体的腐蚀，有利于提高零部件本体的使用寿命。并且，所述耐腐蚀涂层404不易发生开裂，表面光滑，使所述耐腐蚀涂层404在等离子体环境下，等离子体浓度在耐腐蚀涂层404表面各处的均匀性好，不会存在较大差异的浓度差异，因而耐腐蚀涂层404表面受到的腐蚀速率一致，进而不会产生由于耐腐蚀涂层404生长单元边界被优先腐蚀而引起的颗粒污染，进一步延长零部件的服役寿命，降低生产成本。

本发明技术方案制作的耐腐蚀涂层404厚度可为10微米~1000微米，在一些实施例中，耐腐蚀涂层的厚度可达500微米-1000微米，在另外一些实施例中，所述耐腐蚀涂层404的厚度为10微米~500微米。对于平面型的零部件本体，所述耐腐蚀涂层404涂敷的比较均匀，因此，所述耐腐蚀涂层404的厚度相对较薄就能达到比较好的耐腐蚀效果；但是，对于所述异型的零部件本体，所述异型的零部件本体是指包括非平面部位，所述非平面部位如：倾斜面和或沟槽等，所述异型的零部件本体除了非平面部位还包括平面部位，为了能在非平面部位形成的所述耐腐蚀涂层404满足耐腐蚀的要求，所述平面部位形成的耐腐蚀涂层404就比较厚了，例如：在所述非平面部位形成的耐腐蚀涂层404的厚度为10微米，在所述平面部位形成的耐腐蚀涂层404的厚度为500微米。

图10是本发明另一种形成耐腐蚀涂层的装置示意图。

请参考图10，形成耐腐蚀涂层的装置包括：反应腔500；靶材501，位于所述反应腔500内；零部件本体503，位于所述反应腔500内，其包括待镀面，所述待镀面与所述靶材501相对设置，所述待镀面在水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米；激发装置502，用于激发所述靶材501内的分子，在所述零部件本体503的待镀面形成耐腐蚀涂层504；驱动装置505，在形成所述耐腐蚀涂层504的过程中，用于驱动所述零部件本体503移动，形成上述耐腐蚀涂层504。

所述靶材501被激发装置502激发形成分子流，所述分子流与零部件本体503的待镀面碰撞迁移并沉积形成耐腐蚀涂层504，在耐腐蚀涂层504形成过程中随着耐腐蚀涂层504厚度的增加通过驱动装置505，在此所述驱动装置505为摆角机构，所述摆角机构增大所述零部件本体503待镀面法线与竖直方向之间的夹角，从而降低分子流与零部件本体待镀面垂直入射沉积的角度，降低后续沉积耐腐蚀涂层504中的残余热应力，降低后续耐腐蚀涂层504开裂甚至脱落的风险，进一步保持耐腐蚀涂层504的光滑表面，得到具有光滑耐腐蚀涂层504涂覆的零部件。

一般的，在初始耐腐蚀涂层504沉积时（见图10左图），调节所述零部件本体503待镀面法线与竖直方向之间的夹角为θ1使得分子流垂直零部件本体503待镀面入射，进行沉积形成初始的耐腐蚀涂层504；而在后续耐腐蚀涂层504涂覆时（见图10右图），调节摆角为θ2，θ2大于θ1，使得入射分子流偏离垂直零部件本体503待镀面方向入射，进行沉积形成后续耐腐蚀涂层504。特别的，应当避免摆角过小，改变耐腐蚀涂层504的高致密特性，例如待镀面法相与竖直方向的夹角>60°之后，形成的涂层结构比较疏松。入射分子流偏离垂直零部件本体503待镀面方向入射时，分子流在零部件本体503表面的热迁移程大，从而与表面交换的热量大，使得自身沉积的耐腐蚀涂层504中残余热应力减小，因而能够降低后续耐腐蚀涂层504热量累积变形量过大而开裂甚至脱落的风险，保持后续耐腐蚀涂层504表面光滑的特性。

需要注意的是，在耐腐蚀涂层504涂覆的过程（耐腐蚀涂层504厚度逐渐增加）中，通过摆角机构逐渐改变零部件本体503的偏转方向，以降低后续耐腐蚀涂层504的残余热应力，这种调节角度的方式不限定于逐渐式增加（随时间逐渐增加零部件本体待镀面与竖直方向之间的角度），或者阶梯式增加（随时间达到一定厚度的耐腐蚀涂层504后手动调节零部件本体的待镀面与竖直方向之间的角度），但应该使零部件本体503的待镀面法相与竖直方向的摆角度Ɵ小于60°，以保持耐腐蚀涂层504的致密特性。

所述耐腐蚀涂层504的表面非常光滑，使得在等离子体环境下，等离子体浓度在耐腐蚀涂层504表面各处的均匀性好，不会存在较大差异的浓度差异，因而耐腐蚀涂层504表面受到的腐蚀速率一致，进而不会产生由于耐腐蚀涂层504生长单元边界被优先腐蚀而引起的颗粒污染，进一步延长工件的服役寿命，降低生产成本。

本发明技术克服了现有技术的偏见，现有技术为了得到不易开裂且厚度较厚的耐腐蚀涂层，通常需要对零部件本体进行粗糙化处理，通过增加零部件本体表面的粗糙度增强耐腐蚀涂层与零部件本体的结合力，而本发明提出了一种新的评价表面光滑程度的机制，可以在局部高度偏差较小即光滑的零部件本体表面制作得到更加光滑的耐腐蚀涂层，进而降低耐腐蚀涂层404生长单元边界被优先腐蚀而引起的颗粒污染概率。

相应的，本发明还提供一种利用上述装置形成耐腐蚀涂层的方法，请参考图11。

图11是本发明形成耐腐蚀涂层的流程图。

请参考图11，步骤S1：提供上述的在零部件本体上形成耐腐蚀涂层的装置；步骤S2：利用所述激发装置激发所述靶材内的原子，在所述零部件本体的待镀面上形成耐腐蚀涂层，在形成耐腐蚀涂层的过程中，利用驱动装置移动零部件本体，以降低后续形成的耐腐蚀涂层中残余热应力，形成所述耐腐蚀涂层。

所述耐腐蚀涂层通过气相法涂覆得到，包括：物理溅射、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层气相沉积、金属有机化学气相沉积、分子束外延法等中至少一种。

所述耐腐蚀涂层的制备方法中可以引入增强源以增加涂层致密特性，增强源包括：等离子体增强、离子束增强、射频源增强、微波增强等。

所述零部件本体的待镀面在水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米，即：所述零部件本体的待镀面非常光滑，在光滑的待镀面上涂覆耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层表面生长连续，无生长单元生长边界的理论包括：通过气相法生长耐腐蚀涂层的过程中，靶材被激发装置激发形成的气源分子基团具有一定的动能（<0.5eV），当气源分子到达零部件本体的待镀面时，与零部件本体分子发生碰撞，能量降低，此能量可以为气源分子在零部件本体待镀面迁移提供一定的能量，当与其他到达零部件本体待镀面的分子发生碰撞后，动能全部损失，进而在零部件本体的待镀面沉积。当零部件本体的待镀面粗糙度（局域高度偏差）比较大时，气源分子需要迁移的距离较大，因而不容易发生碰撞，进而各自孤岛生长，各个孤岛向上生长形成多个互相紧贴的生长单元，相邻生长单元之间形成大量的生长边界；而当零部件本体的待镀面粗糙度（局域高度偏差）比较小时，气源分子需要迁移的距离较小，因而容易与气体气源分子发生碰撞，生长边界进而发生合并，形成具有较小甚至消失的生长边界特征的耐腐蚀涂层。经过发明人验证，采用本发明提出的镀膜工艺，耐腐蚀层厚度大于1um时，大量生长边界发生合并，最终使得生长边界基本消失，整个耐腐蚀涂层只具有一个生长单元。

所述耐腐蚀涂层的表面非常光滑且无生长边界，使得在等离子体环境下，等离子体浓度在耐腐蚀涂层表面各处的均匀性好，不会存在较大差异的浓度差异，因而耐腐蚀涂层表面受到的腐蚀速率一致，进而不会产生由于耐腐蚀涂层生长单元边界被优先腐蚀而引起的颗粒污染，进一步延长工件的服役寿命，降低生产成本。

本发明揭露了满足零部件表面达到100um内高度偏差限值内（<20um）的光滑度时，可以实现耐腐蚀涂层表面无生长边界的实施例，本发明也可以适用于零部件本体表面只满足平均粗糙度<1um而未达到100um内高度偏差限值内（<20um）的零部件涂覆工艺。由于本发明在生长耐腐蚀涂层时提出了上述具有低热应力的涂覆工艺，所以即使Ra<1um也能在多次温度变化循环中避免耐腐蚀涂层从零部件本体表面脱落。其中本发明揭露的低热应力涂覆方法由图9-11及对应的描述文字详细描述。

如图12a所示为现有技术（Ra>5um）执行耐腐蚀涂层涂覆工艺后形成的涂层示意图，图12b为本发明另一实施例在低平均粗糙度（Ra<1um）的零部件表面上执行本发明的低热应力涂覆方法后获得的耐腐蚀涂层的示意图，图12a和12b的示意图仅示出了在一个检测区域（640um x 510um）范围内的扫描电镜图，从图中可以看到图12a中包括大量大面积的生长单元，每个生长单元外周交界处包括生长单元边界。图12b中能看到生长单元数量远大于图12a中的生长单元数，但是每个生长单元的面积和每个单元的平均周长却远小于图12a中。

下表1所示为图12a所示的现有技术和图12b所示的本发明采用低热应力工艺形成的耐腐蚀涂层表面生长单元的个数、面积、周长的统计数据。上述生长单元的面积和周长是通过图像法识别的，图像的获得可以通过SEM方法，光学方法，超声方法，以及其他可以获得具有生长单元边界图像的方法。下表1中显示出采用本发明的光滑基底生长耐腐蚀层后，形成较佳的耐腐蚀涂层，其中耐腐蚀层表面80%以上的生长单元面积小于120um²。采用本发明涂覆方法，对基底光滑度进行调整或者耐腐蚀层生长工艺进行修改后也可以获得的80%生长单元面积小于450um²的耐腐蚀层，虽然生长单元面积大于最佳实施例的120um²,但是也远好于现有技术中形成的具有几千平方微米的耐腐蚀涂层，能够大幅改善材料层的耐腐蚀性能，也属于本发明实施例。同样的，本发明最佳的每个生长单元的周长也就是生长单元边界的长度需要低于75um，但是经测试发现只要生长单元周长小于100um就能有效改善耐腐蚀涂层的耐腐蚀性能，属于本发明需要保护的实施例。

表1

图13a为图12a所示的现有技术中耐腐蚀层表面形貌示意图，其中每个大面积的生长单元顶部A1和不同生长单元边界B1处的凹槽之间存在很大的高度差D1，其中D1往往大于5um，等离子体极易在生长单元边界处的空间内产生，并且使得边界处的等离子浓度高于生长单元其余部分，最终导致不均匀腐蚀和颗粒脱落。图13b为图12b所述的本发明实施例中形成的耐腐蚀层表面形貌示意图，其中每个小面积的生长单元顶部A2和生长单元边界B2之间的高度差D2小于1um，在这样小的凹槽中不易形成等离子体，所以即使生长单元数量和生长单元边界总长度大于现有技术，仍然能明显降低耐腐蚀涂层的腐蚀速度，减少等离子反应腔内的颗粒物产生。

本发明通过低热应力的涂覆工艺解决了光滑的零部件表面易导致耐腐蚀材料层脱落问题，同时也与现有技术中增加生长单元尺寸以减少生长单元边界长度的思路截然不同，通过形成大量小尺寸生长单元并降低生长单元边界槽深度（D2）的方法实现了材料更耐腐蚀的技术目标。在具有平均粗糙度小于1um的零部件表面涂覆形成的耐腐蚀层上表面的粗糙度也能符合前述实施例中描述的在任意水平距离为50微米范围内局域高度偏差小于等于10微米的光滑度要求。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (26)

1.一种耐等离子腐蚀的零部件，其特征在于，包括：

零部件本体，其包括待镀面，所述待镀面在任意水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米；

耐腐蚀涂层，位于所述待镀面上，所述耐腐蚀涂层表面在任意水平距离为50微米范围内局域高度偏差小于等于10微米，所述耐腐蚀涂层由物理气相沉积工艺制成，表面形貌致密；

所述耐腐蚀涂层表面具有多个生长单元，其中80%以上的生长单元的面积小于450平方微米。

2.如权利要求1所述的零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层无生长边界。

3.如权利要求1所述的零部件，其特征在于，所述多个生长单元中，每个生长单元的顶部和边界沟槽之间的高度差小于1微米。

4.如权利要求1所述的零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层表面在任意水平距离为50微米范围内，通过扫描电子显微镜在放大至少1000倍条件下观察其形貌，无封闭图形。

5.如权利要求1所述的零部件，其特征在于，所述零部件本体的材料包括：铝、铝合金、陶瓷、单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅和氧化硅中的至少一种。

6.如权利要求1所述的零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的材料为稀土元素的氧化物、稀土元素氟化物和稀土元素氟氧化物中的至少一种。

7.如权利要求6所述的零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的材料还包括：铝元素或者硅元素。

8.如权利要求1所述的零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的厚度为：1微米~1000微米。

9.如权利要求8所述的零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的厚度为10微米~500微米。

10.如权利要求1所述的零部件，其特征在于，所述多个生长单元中，80%以上的生长单元边界具有小于100微米的周长。

11.如权利要求1所述的零部件，其特征在于，所述耐腐蚀涂层由低热应力涂覆方法形成在零部件表面，所述低热应力涂覆方法包括：放置零部件在一个涂覆材料源装置上方，使得材料源装置中的涂覆材料分子向上运动到达零部件表面，零部件表面形成第一厚度的涂层后，移动所述零部件使得零部件与所述涂覆材料源装置的距离增加，或者使得零部件镀面倾斜于所述涂覆材料分子运动方向。

12.一种等离子体装置，其特征在于，包括：

等离子体处理腔，所述等离子体处理腔内用于形成等离子体环境；

如权利要求1至权利要求11任一项所述零部件，位于所述等离子体处理腔内，暴露于所述等离子体环境中。

13.如权利要求12所述的等离子体装置，其特征在于，当等离子体装置为电感耦合等离子体装置时，所述零部件包括：陶瓷板、内衬套、气体喷嘴、气体分配板、气管法兰、静电吸盘组件、覆盖环、聚焦环、绝缘环、衬底固持框和等离子体约束环中的至少一种。

14.如权利要求12所述的等离子体装置，其特征在于，当等离子体装置为电容耦合等离子体装置时，所述零部件包括：喷淋头、上接地环、移动环、气体分配板、气体缓冲板、静电吸盘组件、下接地环、覆盖环、聚焦环、绝缘环、衬底固持框和等离子体约束环中的至少一种。

15.一种在零部件本体上形成耐腐蚀涂层的装置，其特征在于，包括：

反应腔；

零部件本体，位于所述反应腔内，其包括待镀面，所述待镀面与一材料源装置相对设置，所述待镀面在任意水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米；

所述材料源装置，用于在所述零部件本体的表面形成耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层表面在任意水平距离为50微米范围内局域高度偏差小于等于10微米，所述耐腐蚀涂层由物理气相沉积工艺制成，表面形貌致密；

所述耐腐蚀涂层表面具有多个生长单元，其中80%以上的生长单元的面积小于450平方微米。

16.如权利要求15所述的在零部件本体上形成耐腐蚀涂层的装置，其特征在于，所述反应腔内用于进行的工艺为物理气相沉积工艺时，所述材料源装置包括：靶材，位于所述反应腔内；激发装置，用于激发所述靶材形成气相分子流，并在所述零部件本体的待镀面沉积形成耐腐蚀涂层；驱动装置，在形成所述耐腐蚀涂层的过程中，用于驱动所述零部件本体移动，形成所述耐腐蚀涂层。

17.如权利要求16所述的在零部件本体上形成耐腐蚀涂层的装置，其特征在于，所述驱动装置为升降机构，用于改变所述零部件本体与靶材之间的距离。

18.如权利要求16所述的在零部件本体上形成耐腐蚀涂层的装置，其特征在于，所述驱动装置为摆角机构，用于改变所述零部件本体的待镀面法线与竖直面之间的夹角。

19.一种在零部件本体的表面形成耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求15至权利要求18任一项所述的在零部件本体上形成耐腐蚀涂层的装置；

将零部件本体置于所述反应腔内，所述零部件本体包括待镀面，所述待镀面在任意水平距离为100微米范围内局域高度偏差小于等于20微米；

利用所述材料源装置，在所述零部件本体的表面形成所述耐腐蚀涂层。

20.如权利要求19所述的在零部件本体的表面形成耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，当所述材料源装置包括靶材、激发装置和驱动装置时，所述耐腐蚀涂层的形成方法包括：利用所述激发装置激发所述靶材内的分子，在所述零部件本体的待镀面上形成初始耐腐蚀涂层，利用驱动装置移动零部件本体，以降低形成的耐腐蚀涂层中残余热应力，形成后续耐腐蚀涂层，所述初始耐腐蚀涂层和后续耐腐蚀涂层构成所述耐腐蚀涂层。

21.如权利要求20所述的在零部件本体的表面形成耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，形成所述初始耐腐蚀涂层和后续耐腐蚀涂层过程中所述零部件本体与靶材之间的间距分别为第一距离和第二距离，且所述第一距离小于第二距离。

22.如权利要求21所述的在零部件本体的表面形成耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，形成后续耐腐蚀涂层过程中第二距离小于所述反应腔内压力所对应的平均分子自由程。

23.如权利要求20所述的在零部件本体的表面形成耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的形成方法包括：形成初始耐腐蚀涂层过程中靶材与待镀面的中心连线垂直于待镀面，且所述零部件本体的待镀面法线与竖直方向之间为第一夹角；形成后续耐腐蚀涂层过程中靶材与待镀面的中心连线偏离与待镀面的法线方向，且零部件本体的待镀面法线与竖直方向之间为第二夹角，第二夹角大于第一夹角。

24.如权利要求23所述的在零部件本体的表面形成耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，所述第一夹角和第二夹角的范围为：0°~60°。

25.如权利要求20所述的在零部件本体的表面形成耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，所述初始耐腐蚀涂层的厚度小于10微米。

26.如权利要求20所述的在零部件本体的表面形成耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，还包括：增强源，用于增加所述耐腐蚀涂层的致密性；所述增强源包括：等离子体增强、离子束增强、射频源增强、微波增强中的至少一种。

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