CN115380359A

CN115380359A - 氧化钇基涂层组成物

Info

Publication number: CN115380359A
Application number: CN202180027346.9A
Authority: CN
Inventors: V·菲鲁兹多尔; C·L·博德里; H-H·都; J·F·贝恩克; J·F·萨默斯
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-11-22
Also published as: JP2023521164A; TW202200807A; KR20220164596A; US20230160055A1; WO2021207418A1; US11920234B2; US20210317564A1; US11661650B2

Abstract

本文公开一种保护性涂层组成物，在经涂覆的物件(诸如腔室部件)暴露于恶劣化学性环境(诸如氢基和/或卤素基环境)和/或在经涂覆的物件(诸如腔室部件)暴露于高能量等离子体时，所述保护性涂层组成物为所述物件提供抗腐蚀性和抗冲蚀性。本文还描述了一种使用电子束离子辅助沉积、物理气相沉积或等离子体喷涂利用保护性涂层涂覆物件的方法。本文还描述了一种处理晶片的方法，所述方法呈现出平均每个晶片少于约5个钇基微粒缺陷。

Description

氧化钇基涂层组成物

技术领域

大体上，本公开内容的实施例涉及一种使用离子辅助沉积、等离子体喷涂或物理气相沉积利用氧化钇基保护性涂层组成物涂覆腔室部件的方法。

背景技术

在半导体工业中，通过生产尺寸持续缩小的结构的许多制造工艺来制造元件。随着元件几何尺寸缩减，控制处理均匀性和可重复性变得更具挑战性。

现有的制造工艺将半导体处理腔室部件暴露于高能量侵蚀性等离子体和/或腐蚀性环境，这可能对半导体处理腔室部件的完整性有害，并可能进一步对控制处理均匀性和可重复性具有挑战。

因此，某些半导体处理腔室部件(如，衬垫、门、盖等)涂覆有钇基保护性涂层。由于氧化钇(Y₂O₃)在侵蚀性等离子体环境中的良好的抗冲蚀性和/或抗溅射性，因此氧化钇(Y₂O₃)通常在蚀刻腔室部件中使用。

获得能对高能量侵蚀性等离子体所引起的溅射提供物理抗性，以及对腐蚀性环境所引起的腐蚀提供化学抗性的保护性涂层将是有利的。

发明内容

在某些实施例中，本公开内容涉及经涂覆腔室部件。经涂覆腔室部件包括主体及抗腐蚀和冲蚀性的涂层。抗腐蚀和冲蚀性的涂层包括摩尔浓度范围从约0.1摩尔％上达37摩尔％的氧化钇及摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约99.9摩尔％的氧化铝的单相掺合物。

在某些实施例中，本公开内容涉及用于涂覆腔室部件的方法。所述方法包括进行电子束离子辅助沉积(电子束IAD)、物理气相沉积(PVD)或等离子体喷涂，以沉积抗腐蚀和冲蚀性的涂层。抗腐蚀和冲蚀性的涂层包括摩尔浓度范围从约0.1摩尔％上达37摩尔％的氧化钇及摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约99.9摩尔％的氧化铝的单相掺合物。

在某些实施例中，本公开内容涉及用于处理晶片的方法。所述方法包括：在包括涂覆有抗腐蚀和冲蚀性的涂层的至少一个腔室部件的腔室中处理晶片。抗腐蚀和冲蚀性的涂层包括摩尔浓度范围从约0.1摩尔％上达37摩尔％的氧化钇及摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约99.9摩尔％的氧化铝的单相掺合物。

附图说明

在随附的附图中通过示例而非限制的方式示出本发明，在附图中以类似的附图标记指示相似的元件。应当注意，本公开内容中对“一”或“一个”实施例的不同引用不一定是相同的实施例，并且此种引用意味着至少一个。

图1描绘了处理腔室的一个实施例的截面图。

图2A描绘了可应用在使用高能微粒的各种沉积技术(诸如离子辅助沉积(IAD))的沉积机制。

图2B描绘了IAD沉积设备的示意图。

图3示出了由一个或多个保护性涂层覆盖的物件(例如，盖)的截面侧视图。

图4A示出了根据一个实施例的具有保护性涂层的腔室盖的透视图。

图4B示出了根据一个实施例的具有保护性涂层的腔室盖的横截面侧视图。

图5示出了根据实施例的一种利用保护性涂层涂覆物件的方法。

图6示出了根据实施例的一种用于在包括涂覆有保护性涂层的至少一个腔室部件的处理腔室中处理晶片的方法。

图7示出了氧化铝和氧化钇的相图。

图8显示了在700RFhrs腔室马拉松进行侵蚀性化学反应期间，与对照YO涂层相比，使用根据实施例的保护性涂层生成的总钇基微粒。

图9显示了根据实施例的保护性涂层与对照YO涂层相比，每个晶片的总钇基缺陷。

图10A、图10B、图10C和图10D显示了当涂层暴露于酸性应力测试时，与对照YO涂层(图10A)、对照YAM涂层(图10B)和对照YAG涂层(图10C)相比，根据实施例的保护性涂层的化学抗性(图10D)。

图11描绘了可用于沉积根据实施例的保护性涂层的物理气相沉积技术的示意图。

图12描绘了可用于沉积根据实施例的保护性涂层的等离子体喷涂沉积技术的示意图。

具体实施方式

半导体制造工艺将半导体处理腔室部件暴露于高能量侵蚀性等离子体环境和腐蚀性环境。为了保护处理腔室部件不受这些侵蚀性环境影响，腔室部件涂覆有保护性涂层。

因具有良好的抗冲蚀性，氧化钇(Y₂O₃)通常在腔室部件(例如，蚀刻腔室部件)的涂层中使用。尽管具有良好的抗冲蚀性，氧化钇在侵蚀性蚀刻化学反应中的化学性质并不稳定。像氟、氯、溴等自由基很容易以化学方式攻击氧化钇，从而导致钇基微粒形成。钇基微粒导致蚀刻应用中的缺陷。因此，许多业界(如，逻辑业界)已开始就产品晶片上的钇基缺陷制定严格的规范。

为了符合这些严格的规范，确认如下保护性涂层是有益的：所述保护性涂层组成物可对高能量侵蚀性等离子体引起的溅射提供物理抗性，并且可对侵蚀性化学环境引起的化学性攻击提供化学抗性。

在此公开内容中，保护性涂层已被确认为与纯氧化钇(Y₂O₃)和其他钇基材料相比具有改善的化学稳定性，同时与纯氧化铝(Al₂O₃)相比维持了对高能量侵蚀性等离子体的物理抗性。

在某些实施例中，本文所述的保护性涂层为抗腐蚀和抗冲蚀性涂层，所述涂层包括氧化铝和氧化钇的单相掺合物。在某些实施例中，保护性涂层是非晶质的。由于保护性涂层的非晶性质，与处在结晶相下的涂层相比，所述保护性涂层包括更多氧化铝。氧化钇和氧化铝的晶质涂层受限于(如图7所示的)氧化铝-氧化钇相图中描绘的相。举例来说，根据图7的相图中的A区，在低于约2080K的温度下，在大于0但小于约0.37的氧化钇摩尔分数范围(与相图中表示晶质钇铝石榴石(YAG)的第一垂直线B相关联的氧化钇摩尔分数)，，将形成具有两相(即，晶质YAG相和晶质氧化铝相)的晶质氧化钇-氧化铝涂层。本文所述的涂层通过利用氧化铝和氧化钇的组成物形成单相(例如，非晶相)的氧化铝和氧化钇掺合物，而偏离常规相图，否则所述组成物将落入A区。

在不被视为限制的情况下，相信由于本文所述的某些涂层的非晶性质，将更多的铝基组分引入涂层中并使涂层对恶劣的化学性环境(例如，酸性环境、氢基环境和卤素基环境)更具有化学抗性，同时在涂层中仍维持足够量的钇基组分以使涂层对高能量等离子体环境具有物理抗性是可能的。

在某些实施例中，本公开内容涉及一种用于利用本文所述的任何保护性涂层涂覆腔室部件的方法。可用本文所述的保护性涂层涂覆会在处理腔室中暴露于恶劣化学性环境和/或高能量等离子体环境的任何腔室部件。可涂覆腔室部件的面向处理环境侧，并且任选地涂覆腔室部件的其他侧。可受益本文中类涂层的合适腔室部件包括但不限于：盖、衬垫、门、喷嘴等。可使用离子辅助沉积(IAD)(例如，使用电子束IAD(EB-IAD))在腔室部件的主体的面向处理环境(例如，等离子体环境和/或化学性环境)侧上形成保护性涂层。在某些实施例中，可使用等离子体喷涂沉积或物理气相沉积形成保护性涂层。由保护性涂层提供的改善的抗腐蚀性和/或抗冲蚀性可改善所涂覆物件的服务寿命，同时降低维修和制造成本。此外，可施加足够厚的本文所述的涂层(无论是由IAD、PVD或等离子体喷涂所沉积的)，以为部件提供与其他钇基涂层(由类似沉积技术所沉积的)相比或与未涂覆的部件相比更长的寿命。

在某些实施例中，本公开内容进一步涉及一种用于在处理腔室中处理晶片的方法，所述处理腔室包括涂覆有本文所述的保护性涂层的至少一个腔室部件。由于保护性涂层提供的改善的抗侵蚀性和/或抗冲蚀性，所涂覆的腔室部件产生较少的钇基微粒(其为造成晶片缺陷的主要贡献者)。围绕钇基微粒和相应的钇基缺陷所制定的严格规范的最终目标是完全消除晶片中的钇基缺陷。在具有涂覆有本文所述的保护性涂层的至少一个腔室部件的处理腔室中处理的晶片呈现出平均每个晶片少于约1个钇基微粒缺陷。相比之下，在腔室部件涂覆有对照保护性涂层的处理腔室中处理的晶片呈现出平均每个晶片超过约8个钇基微粒缺陷。

图1是根据本公开内容的实施例的具有一个或多个腔室部件的半导体处理腔室100的截面视图，其中所述一个或多个腔室部件涂覆有保护性涂层。处理腔室100可用于在其中提供侵蚀性等离子体环境和/或侵蚀性化学环境的处理。举例而言，处理腔室100可为用于等离子体蚀刻反应器(还称为等离子体蚀刻器)、等离子体清洁器等的腔室。可包括保护性涂层的腔室部件的示例包括：基板支撑组件148、静电吸盘(ESC)150、环(例如，处理配件环或单环)、腔室壁、基座、气体分配板、喷头、衬里、衬垫配件、屏蔽件、等离子体筛、均流器(flow equalizer)、冷却基座、腔室观察口、腔室盖130、喷嘴等等。在一个特定实施例中，将保护性涂层施加于腔室盖130和/或衬里116上方。

在某些实施例中，将在下文中更详细描述的保护性涂层是单相非晶质涂层，所述单相非晶质涂层是通过电子束离子辅助沉积(电子束IAD)沉积的约0.1摩尔％至高达37摩尔％的摩尔浓度的氧化钇和63摩尔％以上至约99.9摩尔％的摩尔浓度的氧化铝的掺合物。替代地，可使用其他形式的IAD来沉积涂层。替代地，可使用诸如物理气相沉积(PVD)或等离子体喷涂等其他沉积技术来沉积涂层。

在某些实施例中，保护性涂层包括摩尔浓度为约10摩尔％至高达37摩尔％的氧化钇和摩尔浓度为63摩尔％以上至约90摩尔％的氧化铝。在某些实施例中，保护性涂层包括摩尔浓度为约15摩尔％至高达37摩尔％的氧化钇和摩尔浓度为63摩尔％以上至约85摩尔％的氧化铝。在某些实施例中，保护性涂层包括摩尔浓度为约5摩尔％至约35摩尔％的氧化钇和摩尔浓度为约65摩尔％至约95摩尔％的氧化铝。在某些实施例中，保护性涂层包括摩尔浓度为约5摩尔％至约30摩尔％的氧化钇和摩尔浓度为约70摩尔％至约95摩尔％的氧化铝。在某些实施例中，保护性涂层包括摩尔浓度为约5摩尔％至约20摩尔％的氧化钇和摩尔浓度为约80摩尔％至约95摩尔％的氧化铝。在某些实施例中，保护性涂层中的氧化钇和氧化铝的摩尔浓度加起来高达100摩尔％。

在某些实施例中，保护性涂层包括以下摩尔浓度范围的氧化钇：从约0.1摩尔％、约0.5摩尔％、约1.0摩尔％、约2摩尔％、约3摩尔％、约4摩尔％、约5摩尔％、约6摩尔％、约7摩尔％、约8摩尔％、约9摩尔％、约10摩尔％、约11摩尔％、约12摩尔％、约13摩尔％、约14摩尔％、约15摩尔％、约16摩尔％、约17摩尔％、约18摩尔％、约19摩尔％或约20摩尔％中的任一者至约21摩尔％、约22摩尔％、约23摩尔％、约24摩尔％、约25摩尔％、约26摩尔％、约27摩尔％、约28摩尔％、约29摩尔％、约30摩尔％、约31摩尔％、约32摩尔％、约33摩尔％、约34摩尔％、约35摩尔％、约36摩尔％或高达37摩尔％中的任一者，或其中的任何单个值或其中的任何子范围。

在某些实施例中，保护性涂层包括以下摩尔浓度范围的氧化铝：从63摩尔％、约64摩尔％、约65摩尔％、约66摩尔％、约67摩尔％、约68摩尔％、约69摩尔％、约70摩尔％、约71摩尔％、约72摩尔％、约73摩尔％、约74摩尔％、约75摩尔％、约76摩尔％、约77摩尔％、约78摩尔％、约79摩尔％或约80摩尔％中的任一者以上至约81摩尔％、约82摩尔％、约83摩尔％、约84摩尔％、约85摩尔％、约86摩尔％、约87摩尔％、约88摩尔％、约89摩尔％、约90摩尔％、约91摩尔％、约92摩尔％、约93摩尔％、约94摩尔％、约95摩尔％、约96摩尔％、约97摩尔％、约98摩尔％、约99摩尔％、约99.5摩尔％或约99.9摩尔％中的任一者，或其中的任何单个值或其中的任何子范围。

在某些实施例中，本文所述的保护性涂层由氧化铝和氧化钇的单相非晶质掺合物组成，或基本上由氧化铝和氧化钇的单相非晶质掺合物组成，其中氧化铝以下列范围的摩尔浓度存在于保护性涂层中：从63摩尔％以上至约99.9摩尔％、从63摩尔％以上至约90摩尔％、从63摩尔％以上至约85摩尔％、从约65摩尔％以上至约95摩尔％、从约70摩尔％以上至约95摩尔％或从约80摩尔％以上至约95摩尔％；并且氧化钇以下列摩尔范围存在于保护性涂层中：从约0.1摩尔％至高达37摩尔％、从约10摩尔％至高达37摩尔％、从约15摩尔％至高达37摩尔％、从约5摩尔％至约35摩尔％、从约5摩尔％至约30摩尔％或从约5摩尔％至约20摩尔％。

与受限于图7中描绘的氧化铝-氧化钇相图的其他钇基涂层或钇和铝基涂层相比，本文所述的保护性涂层提供了与更大量的氧化铝结合的灵活性，这为恶劣的化学性环境(诸如酸性环境、氢基环境和卤素基环境)提供了更大的化学稳定性。由于本文所述的保护性涂层的非晶性质(其中键联结(bond link)可变化也确实变化)，有可能将更多氧化铝掺入本文所述的保护性涂层(与受限于图7的氧化铝-氧化钇相图的相中的键联结相比)。

图7描绘了各种温度下的氧化钇和氧化铝的相图。在A区中，在从0摩尔％以上的氧化钇至37摩尔％以下的氧化钇和从63摩尔％以上的氧化铝至100摩尔％以下的氧化铝的范围内，在低于约2080K的温度下(例如，低于2084K)，相图呈现两相(two phases)系统晶质氧化铝和晶质YAG(钇铝石榴石)。在A区中间，在低于约2080K的温度下(例如，低于2084K)，两相，YAG和氧化铝，以大致相等的量存在(即，约1:1的摩尔氧化铝对摩尔YAG)。在A区中间的左侧(即，更靠近纯化铝)，在低于约2080K的温度下(例如，低于2084K)，晶质氧化铝是主要晶相并且晶质YAG是次要晶相。在A区中间的右侧，在低于约2080K的温度下(例如，低于2084K)，晶质YAG是主要晶相并且晶质氧化铝是次要晶相。在指定为B的第一条垂直线(对应温度2197K)处，在相图中，在约37摩尔％的氧化钇和约63摩尔％的氧化铝处，形成晶质YAG。通常认为在不被解释为限制的情况下，从相图中的任何点开始，在晶质YAG线或在晶质氧化铝和晶质YAG的双相区中，在低于2084K的温度下，并试图将更多氧化铝添加至组成物，将提供晶质氧化铝和晶质YAG的两个不同相系统(例如，氧化铝微粒可分散于YAG基质内)。然而，这样的组成物将提供比本文所述的非晶质涂层更少的化学抗性。

在某些实施例中，本文所述的保护性涂层具有的涂层组分包括以下浓度范围中的铝：从约20原子％、约21原子％、约22原子％、约23原子％、约24原子％、约25原子％、约26原子％、约27原子％、约28原子％、约29原子％或约30原子％中的任一者至约31原子％、约32原子％、约33原子％、约34原子％、约35原子％、约36原子％、约37原子％、约38原子％、约39原子％、约40原子％、约41原子％、约42原子％、约43原子％、约44原子％或约45原子％中的任一者，或其中的任何单个值或其中的任何子范围。在一个实施例中，保护性涂层中的铝浓度范围从约20原子％至约35原子％。

在一个实施例中，保护性涂层中的铝浓度范围从约27原子％至约44原子％。

在某些实施例中，本文所述的保护性涂层具有的涂层组分包括以下浓度范围中的钇：从约1原子％、约2原子％、约3原子％、约4原子％、约5原子％、约6原子％、约7原子％、约8原子％、约9原子％或约10原子％中的任一者至约11原子％、约12原子％、约13原子％、约14原子％、约15原子％、约16原子％、约17原子％、约18原子％、约19原子％或约20原子％中的任一者，或其中的任何单个值或其中的任何子范围。在一个实施例中，保护性涂层中的钇浓度范围从约1原子％至约8原子％。在一个实施例中，保护性涂层中的钇浓度范围从约8原子％至约18原子％。

在某些实施例中，本文所述的保护性涂层具有的涂层组分包括以下浓度范围中的氧：从约55原子％、约56原子％、约57原子％、约58原子％、约59原子％、约60原子％、约61原子％、约62原子％或约63原子％中的任一者至约64原子％、约65原子％、约66原子％、约67原子％、约68原子％、约69原子％或约70原子％中的任一者，或其中的任何单个值或其中的任何子范围。在一个实施例中，保护性涂层中的氧浓度范围从约55原子％至约70原子％。在一个实施例中，保护性涂层中的氧浓度范围从约62原子％至约70原子％。

在一个实施例中，保护性涂层包括以下各项、由以下各项组成或基本上由以下各项组成：约27原子％至约44原子％的铝、约1原子％至约8原子％的钇和约55原子％至约70原子％的氧。在一个实施例中，保护性涂层包括以下各项、由以下各项组成或基本上由以下各项组成：约20原子％至约35原子％的铝、约8原子％至约18原子％的钇和约62原子％至约70原子％的氧。

在本文所述的保护性涂层中，铝原子％对钇原子％的比例可在以下范围内：从约1、约1.5、约2、约2.5、约3、约3.5、约4、约4.5、约5、约6、约7、约8、约9或约10中的任一者至约12、约14、约16、约18、约20、约22、约24、约26、约28、约30、约34、约38、约42或约44中的任一者。在一个实施例中，保护性涂层中的铝原子％对钇原子％的比例在从约1至约4.5的范围内。在一个实施例中，铝原子％对钇原子％的比例在从约3.4至约44的范围内。

通过以1000x的放大倍率和10keV的加速电压的扫描式电子显微镜能量色散光谱(SEM-EDS)分析来测定保护性涂层组成物。

在某些实施例中，与YAG相比，或与包括YAG结合其他材料(诸如氧化铝)的多相组成物相比，本文所述的涂层提供更大的化学抗性。在某些实施例中，本文所述的涂层包括氧化钇和氧化铝的单相非晶质掺合物，与YAG中的氧化铝/铝的含量相比，所述单相非晶质掺合物包括更大浓度的氧化铝/铝。

在某些实施例中，本文所述的保护性涂层中没有晶质区。在某些实施例中，保护性涂层中不具有游离氧化铝、不具有游离氧化钇和/或不具有YAG。在某些实施例中，当由X光绕射(XRD)测量时，保护性涂层有超过约90％的非晶质、超过约92％的非晶质、超过约94％的非晶质、超过约96％的非晶质、超过约98％的非晶质或超过约99％的非晶质。

保护性涂层可以是施加在不同陶瓷上的电子束IAD沉积的涂层、PVD沉积的涂层或等离子体喷涂沉积的涂层，所述陶瓷包括氧化物基陶瓷、氮化物基陶瓷和/或碳化物基陶瓷。氧化物基陶瓷的示例包括SiO₂(石英)、Al₂O₃、Y₂O₃等。碳化物基陶瓷的示例包括SiC、Si-SiC等。氮化物基陶瓷的示例包括AlN、SiN等等。电子束IAD涂层塞规材料(plug material)可以是锻烧粉末、预成形块体(例如，由坯体压制、热压等所形成)、烧结主体(例如，具有50至100％的密度)或机械加工主体(例如，可以是陶瓷、金属或金属合金)。回到图1，如图所示，根据一个实施例，盖130、喷嘴132和衬里116分别具有保护性涂层133、134和136。然而，应理解，如上文所列出的任何其他腔室部件也可包括保护性涂层。

在一个实施例中，处理腔室100包括封围内部容积106的腔室主体102和盖130。可由铝、不锈钢或其他合适的材料制成腔室主体102。腔室主体102通常包括侧壁108及底部110。盖130、侧壁108和/或底部110中的任一者可包括保护性涂层。

外衬垫116可设置为与侧壁108相邻，以保护腔室主体102。外衬垫116可被制造为具有保护性涂层和/或涂覆有保护性涂层。在一个实施例中，外衬垫116由氧化铝制造。

可于腔室主体102中限定排放端口126，并且排放端口126可将内部容积106耦接至泵送系统128。泵送系统128可包括一个或多个泵和节流阀以用于抽空并调控处理腔室100的内部容积106的压力。

盖130可被支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖130可被打开以容许进入处理腔室100的内部容积106，并且当盖130关闭时可密封处理腔室100。气体面板158可耦接至处理腔室100，以经由喷嘴132将处理气体和/或清洁气体供应至内部容积106。盖130可以是陶瓷，诸如Al₂O₃、Y₂O₃、YAG、SiO₂、AlN、SiN、SiC、Si-SiC，或包括Y₄Al₂O₉和Y₂O₃-ZrO₂的固溶体的陶瓷化合物。喷嘴132也可以是陶瓷，诸如针对盖所提出的那些陶瓷中的任一者。盖130和/或喷嘴132可分别涂覆有保护性涂层133、134。

可用于在处理腔室100中的处理基板的处理气体包括含卤素气体和含氢气体(诸如C₂F₆、SF₆、SiCl₄、HBr、NF₃、CF₄、CHF₃、CH₂F₃、F、NF₃、Cl₂、CCl₄、BCl₃、SiF₄、H₂、Cl₂、HCl、HF等)以及其他气体(诸如O₂或N₂O)。载气的示例包括N₂、He、Ar以及对处理气体呈惰性的其他气体(例如，非反应性气体)。基板支撑组件148设置在处理腔室100的盖130下方的内部容积106中。基板支撑组件148在处理期间固持基板144。环146(例如，单环)可覆盖静电吸盘150的一部分，并且可保护所覆盖的部分在处理期间不暴露于等离子体。在一个实施例中，环146可以是硅或石英。

内衬垫118可涂覆在基板支撑组件148的外缘上。内衬垫118可以是抗含卤素气体材料，诸如参照外衬垫116讨论的那些材料。在一个实施例中，可由与外衬垫116相同的材料制造内衬垫118。此外，内衬垫118可涂覆有保护性涂层。

在一个实施例中，基板支撑组件148包括支撑底座152的装配板162，以及静电吸盘150。在一个实施例中，静电吸盘150进一步包括导热基座164和静电圆盘166，静电圆盘166通过接合物138接合至导热基座，接合物138可以是硅胶接合物。装配板162耦接至腔室主体102的底部110并且包括用于将公用装置(如，流体、电力线、传感器导线等)路由至导热基座164和静电圆盘166的通道。

导热基座164和/或静电圆盘166可包括一个或多个任选的嵌入式加热元件176、嵌入式热隔离器174和/或导管168、170，以控制支撑组件148的侧向温度分布。导管168、170可流体地耦接至流体源172，所述流体源172将温度调控流体循环通过导管168、170。在一个实施例中，嵌入式隔离器174可设置在导管168、170之间。由加热器电源178调控加热器176。可利用导管168、170和加热器176控制导热基座164的温度，从而加热和/或冷却静电圆盘166和经处理的基板(例如，晶片)。可使用多个温度传感器190、192来监控静电圆盘166和导热基座164的温度，可使用控制器195来监控所述温度传感器190、192。

静电圆盘166可进一步包括多个气体通道，诸如可形成在圆盘166的上表面中的凹槽、台面和其他表面特征。气体通道可经由在圆盘166中钻设的通孔而流体地耦接至热传导(或背侧)气体(诸如He等)的源。在操作中，可在受控的压力下将背侧气体提供至气体通道内，以增强静电圆盘166与基板144之间的热传导。

静电圆盘166包括由吸附电源182控制的至少一个夹持电极180。电极180(或设置在圆盘166或基座164中的其他电极)可进一步通过匹配电路188耦接至一个或多个RF电源184、186以用于在处理腔室100内维持由处理和/或其他气体形成的等离子体。电源184、186通常能产生具有从约50kHz至约3GHz的频率以及高达约10,000瓦的功率的RF信号。

图2A描绘了适用于利用高能微粒的各种沉积技术(诸如离子辅助沉积(IAD))的沉积机制。示例性IAD方法包括与离子轰击结合的沉积处理，诸如蒸镀(例如，活化反应性蒸镀(ARE))和在离子轰击存在下的溅射，以形成如本文所述的保护性涂层。在实施例中执行的一个特定类型的IAD是电子束IAD(e-beam IAD)。可在诸如O₂、N₂、卤素(例如，氟)、氩等反应性气体物种存在的情况下执行任何IAD方法。此类反应性物种可在沉积之前和/或沉积期间烧掉表面有机污染物。此外，在实施例中，用于陶瓷靶材沉积比用于金属靶材沉积的IAD沉积处理更能受到O₂离子分压的控制。替代地，可在无氧或减氧的情况下使用陶瓷靶材。在某些实施例中，在氧和/或氩存在的情况下执行IAD沉积。在某些实施例中，在氟存在的情况下执行IAD沉积，以便利用掺入涂层中的氟而沉积涂层。具有并入其中的氟的涂层较被认为不会与包括类似环境的晶片处理(如，以氟环境进行的处理)相互作用。

如图所示，在诸如离子等高能微粒(energetic particle)203存在的情况下，通过沉积材料202的累积，将保护性涂层215(类似于图1中的涂层133、134和136)形成于物件210上或形成于多个物件210A、210B(如先前讨论的任何腔室部件)上。沉积材料202可包括原子、离子、自由基等。高能微粒203可在保护性涂层215形成时撞及并压紧保护性涂层215。

在一个实施例中，利用EB-IAD来形成保护性涂层215。图2B描绘了IAD沉积设备的示意图。如图所示，材料源250提供沉积材料202的材料流，同时高能微粒源255提供高能微粒203的微粒流，在整个IAD处理期间，材料流与微粒流两者会撞击在物件210、210A、210B上。高能微粒源255可以是氧或其他离子源。高能微粒源255还可提供其他种类的高能微粒，诸如自由基、中子、原子和纳米级微粒，这些微粒来自微粒生成源(例如，来自等离子体、反应性气体，或来自提供沉积材料的材料源)。

用于提供沉积材料202的材料源(例如，靶材主体或塞规材料)250可以是与构成保护性涂层215的相同陶瓷(例如，由单相非晶质Y₂O₃-Al₂O₃组成的块状烧结陶瓷)相对应的块状烧结陶瓷。材料源可以是块状烧结陶瓷化合物主体(诸如块状烧结YAG和块状烧结Al₂O₃)和/或其他所提及的陶瓷。还可使用其他靶材材料，诸如粉末、锻烧粉末、预成形材料(例如，由坯体压制或热压所形成)或机械加工主体(例如，熔合材料)。在沉积期间，所有不同种类的材料源250熔化成为熔融材料源。然而，使不同种类的起始材料熔化需要花费不同时间。熔合材料和/或机械加工主体可能最快熔化。预成形材料熔化的速度比熔合材料慢，锻烧粉末的熔化速度比预成形材料慢，并且标准粉末的熔化速度比锻烧粉末更慢得多。

在一些实施例中，材料源为金属材料(例如，Y及Al的混合物，或两个不同靶材，一个Y和一个Al)。可通过氧离子轰击这样的材料源来形成氧化物涂层。附加地或替代地，在IAD处理期间，可将氧气流入沉积腔室，以使被溅射或蒸发的Y及Al金属与氧相互作用，并形成氧化物涂层。

IAD可利用一个或多个等离子体或束(例如，电子束)以提供材料源和高能离子源。在沉积抗等离子体涂层期间还可提供反应性物种。在一个实施例中，高能微粒203包括非反应性物种(例如，Ar)或反应性物种(例如，O)中的至少一者。在进一步实施例中，在形成保护性涂层期间，还可引入反应性物种(例如，CO)和卤素(Cl、F、Br等)，以进一步提高将与保护性涂层215键结最弱的沉积材料去除的趋势。

使用IAD处理，可在与其他沉积参数无关的情况下，利用高能离子(或其他微粒)源255独立控制高能微粒203。根据高能离子流的能量(例如，速度)、密度和入射角，可操控保护性涂层的组成物、结构、晶向、粒径和非晶性质。

可调整的附加参数是沉积期间的物件温度以及沉积的持续时间。在一个实施例中，在沉积之前将IAD沉积腔室(和腔室盖)加热至70℃或更高的起始温度。在一个实施例中，起始温度为50℃至250℃。在一个实施例中，起始温度为50℃至100℃。接着，在沉积期间，可将腔室的温度和盖的温度维持在起始温度。在一个实施例中，IAD腔室包括执行加热的热量灯。在替代实施例中，不加热IAD腔室和盖。如果腔室未被加热，腔室将因IAD处理的结果而自然地升温至约70℃的温度。沉积期间的较高温度可提高保护性涂层的密度，但也可增加保护性涂层的机械应力。可为腔室增加主动冷却以在涂覆期间维持低温。在一个实施例中，可将低温维持在处于或低于70℃以下至0℃之间的任何温度。

可调整的附加参数为工作距离270和入射角272。工作距离270是材料源250与物件210A、210B之间的距离。在一个实施例中，工作距离为0.2米至2.0米，在一个特定实施例中，工作距离为1.0米。减少工作距离会增加沉积速度并提高离子能量的效能。然而，减少工作距离至低于某特定点可能会降低保护性层的均匀度。入射角为沉积材料202撞击物件210A、210B的角度。在一个实施例中，入射角为10度至90度。

可将IAD涂层施加在粗糙度从约0.1微英寸(μin)至约180μin的广泛范围的表面条件上。然而，较平滑的表面有利于均匀涂层覆盖。涂层厚度可高达约300微米(μm)。在生产时，通过刻意在涂层堆叠的底部处添加稀土金属氧化物基着色剂(诸如，Nd₂O₃、Sm₂O₃、Er₂O₃等)可评估部件上的涂层厚度。还可使用椭圆偏振技术(ellipsometry)精确测量厚度。

取决于用来形成涂层的稀土金属氧化物组成物和/或沉积条件，IAD涂层可以是非晶质的(amorphous)或晶质的(crystalline)。非晶质涂层更保形并减少由晶格失配引起的外延裂纹，而晶质涂层则更具抗冲蚀性。在一个实施例中，本文所述的保护性涂层为非晶质的并且结晶度为零。在某些实施例中，本文所述的保护性涂层是保形的并且具有低薄膜应力。

使用多个电子束(e-beam)枪可实现多个靶材的共沉积，以建立较厚的涂层和层状结构。举例而言，可同时使用具有相同材料类型的两个靶材。使用不同的电子束枪轰击各个靶材。此方式可提高保护性层的沉积速度和厚度。在另一示例中，两个靶材可以是不同的陶瓷材料。举例而言，可使用一个Al或Al₂O₃靶材和另一个Y或Y₂O₃靶材。第一电子束枪轰击第一靶材以沉积第一保护性层，并且随后第二电子束枪可轰击第二靶材以形成第二保护性层，第二保护性层与第一保护性层具有不同的材料组成物。

在实施例中，可使用单个靶材材料(还称为塞规材料)和单个电子束枪来实现本文所述的保护性涂层。

在一个实施例中，在IAD腔室中并行地(in parallel)处理多个腔室部件(如，多个盖或多个衬垫)。可利用不同的固定件支撑各腔室部件。替代地，可配置单个固定件来固持多个腔室部件。在沉积期间，固定件可移动所支撑的腔室部件。

在一个实施例中，可将用于固持腔室部件的固定件设计为由金属组分(诸如冷轧钢)或陶瓷(诸如Al₂O₃、Y₂O₃等)所制成。固定件可用于将腔室部件支撑在材料源和电子束枪上方或下方。固定件可具有吸附能力而可以较安全且容易操控的方式吸附腔室部件，也可在涂覆期间吸附腔室部件。此外，固定件可具有用于定向或对准腔室部件的特征。在一个实施例中，固定件可沿一个或多个轴重定位(reposition)和/或旋转，以改变其所支撑的腔室部件相对于源材料的定向。在沉积之前和/或沉积期间，固定件还可改变位置以改变工作距离和/或入射角。固定件可具有冷却通道或加热通道以在涂覆期间控制腔室部件的温度。由于IAD是一种直视性处理(line of sight process)，因此重定位腔室部件和旋转腔室部件的能力可使诸如孔洞等3D表面的涂层覆盖率最大化。

图3示出了可由一个或多个保护性涂层覆盖的物件(如，腔室部件，如盖和/或门和/或衬垫和/或喷嘴)的横截面侧视图。

参考图3，腔室部件300的主体305包括涂层堆叠306，涂层堆叠306具有第一保护性涂层308和第二保护性涂层310。替代地，物件300可在主体305上仅包括单个保护性涂层308。在一个实施例中，保护性涂层308、310具有高达约300μm的厚度。在进一步实施例中，保护性涂层具有低于约20微米的厚度，诸如介于约0.5微米至约12微米之间的厚度、介于约2微米至约12微米之间的厚度、约5微米至约7微米的厚度，或其中的任何子范围或其中的单个厚度值。在一个实施例中，保护性涂层堆叠的总厚度为300μm或更小。在某些实施例中，保护性涂层为下方表面提供完整的涂层覆盖率并且厚度均匀。通过涂层的一个区块与涂层的另一个区块的厚度相比变化程度为约15％或更小、约10％或更小或约5％或更小，可证实跨涂层的不同区块的涂层的均匀厚度。

保护性涂层308、310可以是使用电子束离子辅助沉积(EB-IAD)处理形成在物件300的主体305上的沉积的陶瓷层。EB-IAD沉积的保护性涂层308、310可具有相对低的薄膜应力(例如，与等离子体喷涂或溅射所造成的薄膜应力相比)。相对低的薄膜应力可能导致所述主体305的下表面可非常平坦，并且对于直径12英寸的主体而言，整个主体具有小于约50微米的曲率。直径12英寸的主体在整个主体上的曲率小于约50微米是低薄膜应力的示例性定量测量，并且不应被解释为限于直径12英寸的主体。

在实施例中，IAD沉积的保护性涂层308、310具有0％孔隙率(即，无孔隙率)。这样低的孔隙率可使腔室部件在处理期间能提供有效的真空密封。厄米气密性测量可使用保护性涂层所实现的密封能力。根据实施例，使用IAD沉积的保护性涂层可实现约小于1E-9(cm³/s)的He泄漏率。相比之下，使用氧化铝可实现的He泄漏率约略为每秒1E-6立方公分(cm³/s)。较低的He泄漏率表明了改进的密封性。通过以下方式测量厄米气密性：将经涂覆的试样放置在氦气测试台的O形环上并向下泵送压力直到压力计<E-9托耳/s(或<1.3E-9cm³/s)；通过在O形环周围缓慢移动氦气源，使用约30sccm的氦气的流速在O形环周围施加氦气；以及测量泄漏率。

IAD沉积的保护性涂层具有致密的结构，这可在例如腔室盖的应用上有性能优势。此外，IAD沉积的保护性涂层可具有低裂纹密度及对主体305的高附着力，这可有利于减少涂层中的裂纹(垂直和水平二者)、涂层的分层、涂层造成的钇基微粒生成和晶片上的钇基微粒缺陷。

在某些实施例中，本文所述的保护性涂层不会呈现任何间隙、针孔或未涂覆区域。在某些实施例中，在使用分辨率高达20k的扫描式电子显微镜(SEM)所获得的4k放大影像中，保护性涂层中的裂纹(垂直和水平二者)的数量不超过三个。在某些实施例中，涂层没有分层，并且依据ASTM标准(G171-03(2009)e2,C1624-05(2010),D7187-05)，通过测量用于从基板分离保护性涂层的力的量，来确定涂层的附着力。保护性涂层对铝基板的附着强度可高于300mN(毫牛顿)。

在某些实施例中，保护性涂层的粗糙度与被涂覆的下层基板的起始粗糙度大致相同。举例来说，在某些实施例中，基板的起始粗糙度可为约8至16微英寸，并且涂层的粗糙度可大致相同。在某些实施例中，下层基板的起始粗糙度可低于约8微英寸(例如，约4至约8微英寸)，并且保护性涂层的粗糙度可大致相同。可在沉积后抛光保护性涂层，以将表面粗糙度降低至8微英寸或以下。可抛光保护性涂层以将表面粗糙度降低至约4微英寸至约8微英寸。

在某些实施例中，保护性涂层具有高硬度，可在等离子体处理期间抵抗损耗。根据实施例，IAD沉积的保护性涂层具有约≥7GPa的硬度，例如，约8.6GPa。根据ASTM E2546-07，通过纳米压痕确定涂层的硬度。

根据实施例，IAD沉积的保护性涂层具有每5μm涂层大于1823V的击穿电压。根据JIS C 2110确定击穿电压。

本文所述的保护性涂层可能具有痕量金属，诸如，Ca(高达约20ppm)、Cr(高达约225ppm)、Cu(高达约100ppm)、Fe(高达约1000ppm)、Mg(高达约20ppm)、Mn(高达约20ppm)、Ni(高达约200ppm)、K(高达约20ppm)、Mo(高达约2000ppm)、Na(高达约40ppm)、Ti(高达约50ppm)、Zn(高达约20ppm)。使用激光烧蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA ICPMS)测定2μm的深度处的痕量金属水平。在某些实施例中，基于保护性涂层的原子％或基于保护性涂层的重量％，涂层的纯度为约99.5％或更高、约99.6％或更高、约99.7％或更高、约99.8％或更高或约99.9％或更高。

在相邻的保护性涂层308、310由不同陶瓷材料组成的实施例中，可用于形成相邻的保护性涂层的其他陶瓷的示例可包括：Y₃Al₅O₁₂、Y₄Al₂O₉、Er₂O₃、Gd₂O₃、Er₃Al₅O₁₂、Al₂O₃、Gd₃Al₅O₁₂、包含Y₄Al₂O₉和Y₂O₃-ZrO₂的固溶体(Y₂O₃-ZrO₂固溶体)的陶瓷化合物，或先前确认的任何其他陶瓷材料。

具有IAD保护性涂层的腔室部件可用在应用广泛温度范围的应用中。举例而言，可将具有IAD保护性涂层的腔室部件用于具有0℃的温度至1000℃的温度的处理中。可将经涂覆的腔室部件用于高温(例如，300℃或更高)下，而不会因为热冲击产生裂纹。

请注意，在一些实施例中，本文所述的保护性涂层的组成物可被修改，使得以上所确认的材料性质和特性可以变化达30％。因此，所描述的保护性涂层性质的值应理解为示例可实现值。本文所述的保护性涂层不应被解释为受限于所提供的值。

可用本文所述的保护性涂层涂覆处理腔室中的任何腔室部件，包括但不限于：盖、盖衬垫、喷嘴、基板支撑组件、气体分配板、喷头、静电吸盘、遮蔽框、基板固持框、处理配件环、单环、腔室壁、基座、衬垫配件、屏蔽件、等离子体筛、均流器、冷却基座、腔室观察口或腔室衬垫。

图4A示出了根据一个实施例的具有保护性涂层510的腔室盖505(类似图1中的腔室盖130)的透视图。图4B示出了根据一个实施例的具有保护性涂层510(类似图1中的涂层133)的腔室盖505的横截面侧视图。腔室盖505包括孔洞520，孔洞520可位于盖的中心或盖上的其他位置处。盖505也可具有唇部515，当盖关闭时，唇部515将接触腔室的壁。在一个实施例中，保护性涂层510不覆盖唇部515。为了确保保护性涂层不覆盖唇部515，可在沉积期间使用硬掩模或软掩模覆盖唇部515。接着可在沉积后去除屏蔽。替代地，保护性层510可涂覆盖的整体表面。因此，在处理期间，保护性层510可在腔室的侧壁上。

如图4B所示，保护性涂层510可具有涂覆孔洞520的内侧的侧壁部分530。保护性层510的侧壁部分530在盖505的表面附近可能较厚，并且可能随着进入孔洞520的深度而逐渐变薄。在此类实施例中，侧壁部分530可不涂覆孔洞520的整个侧壁。

图5示出了用于利用根据实施例的保护性涂层涂覆物件(诸如，腔室部件)的方法500的一个实施例。在处理500的框505处，提供物件(诸如腔室部件)。腔室部件(例如，盖)可具有块状烧结陶瓷主体。块状烧结陶瓷主体可以是Al₂O₃、Y₂O₃、SiO₂或陶瓷化合物，所述陶瓷化合物包括Y₄Al₂O₉和Y₂O₃-ZrO₂的固溶体。

在框510处，执行离子辅助沉积(IAD)处理以将抗腐蚀和抗冲蚀性保护性涂层沉积至腔室部件的至少一个表面上。在一个实施例中，执行电子束离子辅助沉积处理(EB-IAD)。可通过熔化待沉积的材料并以离子轰击所述材料来执行IAD处理。尽管框510描述了执行诸如电子束IAD的离子辅助沉积，以沉积本文所述的抗腐蚀和冲蚀性保护性涂层，但也可利用诸如物理气相沉积和等离子体喷涂沉积等其他沉积技术来沉积对侵蚀性化学环境具有类似增强的化学抗性，并且对侵蚀性等离子体环境具有类似增强的物理抗性的本文所述的保护性涂层。下文参考图11进一步描述示例性物理气相沉积技术的细节。下文参考图12进一步描述示例性等离子体喷涂沉积技术的细节。

抗冲蚀性和抗腐蚀性的保护性涂层可为以下各项的单相(例如，非晶质)掺合物：摩尔浓度范围从约0.1摩尔％至高达37摩尔％的氧化钇和摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约99.9摩尔％的氧化铝。在某些实施例中，保护性涂层包括摩尔浓度范围从约10摩尔％至高达37摩尔％的氧化钇和摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约90摩尔％的氧化铝。在某些实施例中，保护性涂层包括摩尔浓度范围从约15摩尔％至高达37摩尔％的氧化钇和摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约85摩尔％的氧化铝。在某些实施例中，保护性涂层包括摩尔浓度范围从约5摩尔％至约35摩尔％的氧化钇和摩尔浓度范围从约65摩尔％至约95摩尔％的氧化铝。在某些实施例中，保护性涂层包括摩尔浓度范围从约5摩尔％至约30摩尔％的氧化钇和摩尔浓度范围从约70摩尔％至约95摩尔％的氧化铝。在某些实施例中，保护性涂层包括摩尔浓度范围从约5摩尔％至约20摩尔％的氧化钇和摩尔浓度范围从约80摩尔％至约95摩尔％的氧化铝。

在一个实施例中，用于保护性涂层的沉积速率可为每秒约0.02至20埃

并且可通过调整沉积参数来改变沉积速率。在一个实施例中，最初使用0.25至

的沉积速率以在基板上实现保形并且附着性良好的涂层。接着可使用2至

的沉积速率来沉积保护性涂层的剩余部分，以在更短的时间内完成更厚的涂层。保护性涂层可非常保形、可有均匀的厚度，并且可对所述涂层所沉积的主体/基板具有良好的附着力。

使用IAD处理，可在与其他沉积参数无关的情况下，利用高能离子(或其他微粒)源独立控制高能微粒。根据高能离子流的能量(例如，速度)、密度和入射角，可操控保护性涂层的组成物、结构和晶质/非晶性质。可调整的附加参数是沉积期间的物件温度以及沉积的持续时间。

可通过调整电子束施加的热量来控制涂层沉积速率。离子辅助能量可用来使涂层致密化，并加速材料在盖或喷嘴的表面上的沉积。可通过调节离子源的电压和/或电流来修改离子辅助能量。可调整电流和电压以实现高层密度和低涂层密度、操控涂层应力，也可影响涂层的非晶性质。可用离子辅助能量来操控保护性涂层的结构(例如，晶质/非晶性质)，并改变保护性层的化学计量。举例而言，可使用金属靶材，并且金属材料在沉积期间通过掺入盖或喷嘴的表面的氧离子而转化为金属氧化物。此外，可使用氧气枪来改变并优化任何金属氧化物涂层的水平(level)，以实现期望的涂层性质。

可通过使用加热器(如，热量灯)并通过控制沉积速率来控制涂覆温度。通常，较高的沉积速率将导致腔室部件的温度上升。可改变沉积温度来控制薄膜应力、结晶度等。

可调整工作距离以修改均匀性、密度和沉积速率。可通过电子束枪或电子束炉床(hearth)的位置，或通过改变盖或喷嘴相对于电子束枪或电子束炉床的位置，来改变沉积角度。通过优化沉积角度可实现三维几何形貌上均匀的涂层。

图6示出了用于在处理腔室中处理晶片的方法600，所述处理腔室包括涂覆有本文所述的任何保护性涂层的至少一个腔室部件。方法600包括将晶片传送到处理腔室中，所述处理腔室包括涂覆有保护性涂层的至少一个腔室部件(如，盖、衬垫、门、喷嘴等等)(615)。方法600进一步包括：在处理腔室中，在恶劣化学性环境和/或高能量等离子体环境下处理晶片(620)。处理环境可包括含卤素气体和含氢气体，诸如C₂F₆、SF₆、SiCl₄、HBr、NF₃、CF₄、CHF₃、CH₂F₃、F、NF₃、Cl₂、CCl₄、BCl₃、SiF₄、H₂、Cl₂、HCl、HF等，以及其他气体(诸如O₂或N₂O)。在一个实施例中，可在Cl₂中处理晶片。在一个实施例中，可在H₂中处理晶片。在一个实施例中，可在HBr中处理晶片。方法600进一步包括将经处理的晶片传送离开处理腔室(625)。

根据本文所述的方法，在具有至少一个腔室部件(所述腔室部件涂覆有根据实施例的保护性涂层)的处理腔室中处理的晶片上呈现较少量的钇基微粒缺陷。举例来说，根据本文所述的方法处理的晶片呈现出平均每个晶片少于约5、少于约4、少于约3、少于约2、少于约1、少于约0.5或少于约0.1个钇基微粒缺陷。本文所述的保护性涂层有利地降低了经处理的晶片上的缺陷率。

图8描绘了示出了在恶劣的化学环境(包括暴露于侵蚀性Cl₂、H₂和氟基化学物质)下处理超过700射频小时(RFhr)的晶片上的钇基微粒缺陷的数量的示意图。如图8所描绘的，如数据序列810所示，这样的化学物质导致使用传统YO基涂层材料的早期(例如，早在50RFhr)腔室部件失效。相较之下，使用本文所述的保护性涂层组成物(如数据序列820所示)，在700RFhr的延长持续时间内未观察到升高的钇基微粒或钇基微粒缺陷，并且维持良好性能。

图9描绘了从涂覆有根据实施例的保护性涂层的腔室部件所观察到的钇基微粒缺陷数量的减少。如图9所描绘的，在暴露于侵蚀性化学物质时，涂覆有常规YO基涂层材料的腔室部件(如数据序列830所示)会产生从5个以上至高达约25个钇基微粒。相较之下，涂覆有本文所述的保护性涂层组成物的腔室部件(如数据序列840所示)产生实质上较少的钇基微粒，这可由接近零的钇基微粒数量来证实。

图10A至图10D描绘了与由相同的沉积技术沉积的其他涂层相比，本文所述的保护性涂层在暴露于酸性应力测试(acid stress test)时的增强的化学抗性。

图10A描绘了经由电子束IAD沉积的YO涂层。如在图10A中可见的，在YO涂层暴露于酸性应力测试时，YO涂层呈现重度化学损伤。

图10B描绘了经由电子束IAD沉积的YAM涂层。如在图10B中可见的，在YAM涂层暴露于酸性应力测试时，YAM涂层呈现重度化学损伤。

图10C描绘了经由电子束IAD沉积的YAG涂层。如在图10C中可见的，在YAG涂层暴露于酸性应力测试时，YAG涂层呈现轻微的化学损伤。

图10D描绘了根据本文公开的实施例经由电子束IAD沉积的涂层。如在图10D中可见的，在根据本文公开的实施例的涂层暴露于酸性应力测试时，涂层没有呈现化学损伤。

在不被视为限制的情况下，从图10A至图10D可理解，涂层的(基于酸性应力测试来确定的)化学抗性随着涂层组分中的铝/氧化铝浓度的增加而改善。

如前文所指出，也可通过其他技术(诸如PVD或等离子体喷涂)沉积本文所述的保护性涂层中的任何一种。以下分别参考图11和图12进一步描述这些技术的细节。

可使用PVD处理沉积厚度在几纳米至数微米的范围内的薄膜。各种PVD处理有三个共同的基本特征：(1)在高温或气态等离子体的辅助下从固态源蒸发材料；(2)在真空中将蒸发的材料输送到物件的表面；以及(3)将蒸发的材料凝结到物件上以产生薄膜层。说明性PVD反应器在图11中有所描绘。

图11描绘了适用于多种PVD技术和反应器的沉积机制。PVD反应器腔室1100可包括板1110和板1115，板1110与物件1120相邻，并且板1115与靶材1130相邻。在某些实施例中，可使用多个靶材(例如，两个靶材)。可从反应器腔室1100去除空气以产生真空。接着可将气体(诸如氩气或氧气)引入反应器腔室内，可将电压施加至所述板，而可生成包括电子和正离子(诸如氩离子或氧离子)1140的等离子体。离子1140可以是正离子并且可被吸引到带负电的板1115，所述离子可在板1115处击中一个或多个靶材1130并从靶材释出原子1135。所释出的原子1135可被传送并作为涂层1125沉积在物件1120上。涂层可具有单层构造或可包括多层构造(例如，层1125及1145)。

图11中的物件1120可代表各种半导体处理腔室部件，包括但不限于：基板支撑组件、静电吸盘(ESC)、环(例如，处理配件环或单环)、腔室壁、基座、气体分配板、气体管线、喷头、喷嘴,盖、衬垫、衬垫配件、屏蔽件、等离子体筛、均流器、冷却基座、腔室观察口、腔室盖等。

图11中的涂层1125(以及任选的1145)可代表任何本文所述的保护性涂层。涂层1125(以及任选的1145)可具有与先前所述的涂层相同的铝/氧化铝、氧化钇/钇和氧的组成物。类似地，涂层1125(以及任选的1145)可具有上文所述的任何性质，例如但不限于：非晶质百分比、孔隙率、附着强度、化学抗性、物理抗性、硬度、纯度、击穿电压、气密性等。进一步，在暴露于侵蚀性化学环境和/或侵蚀性等离子体环境达延长的持续时间(例如，700RFhrs)的情况下，涂层1125(以及任选的1145)可呈现出类似的降低的缺陷率(如基于每晶片的钇基微粒缺陷所估计的)。

图12描绘了根据实施例的等离子体喷涂装置1200的截面图。等离子体喷涂装置1200是用于执行陶瓷材料的“浆料等离子体喷涂(SPS)”沉积的一种类型的热喷涂系统。尽管以下说明内容是针对SPS技术进行描述，但也可利用其他标准等离子体喷涂技术来沉积本文所述的涂层。

SPS沉积利用基于溶液的微粒(浆料)分布以将陶瓷涂层沉积于基板上。可通过使用大气压等离子体喷涂(APPS)、高速氧燃料(high velocity oxy-fuel；HVOF)、暖喷涂、真空等离子体喷涂(VPS)和低压等离子体喷涂(LPPS)来喷涂浆料，以执行SPS。

等离子体喷涂装置1200可包括封围喷嘴阳极1206和阴极1204的壳体1202。壳体1202允许气流1208通过等离子体喷涂装置1200并介于喷嘴阳极1206与阴极1204之间。可使用外部电源将电压电位施加于喷嘴阳极1206与阴极1204之间。电位在喷嘴阳极1206与阴极1204之间产生电弧，而电弧点燃气流1208以产生等离子体气体。点燃的等离子体气体流1208产生被从喷嘴阳极1206导出并朝向基板1220的高速等离子体羽(plasma plume)1214。

等离子体喷涂装置1200可位于腔室或大气压力下的小室中。在一些实施例中，气流1208可为包括但不限于以下各项的气体或气体混合物：氩、氧、氮、氢、氦以及它们的组合。在某些实施例中，可引入诸如氟等其他气体以将一些氟掺入涂层内，从而使其在氟处理环境中更抗损耗。

等离子体喷涂装置1200可配备有一个或多个流体管线1212，以把浆料输送至等离子体羽1214内。在一些实施例中，可将若干流体管线1212安排在等离子体羽1214的一侧上或对称地围绕等离子体羽1214。在一些实施例中，如图12所描绘的，可以垂直于等离子体羽1214方向的方式布置流体管线1212。在其他实施例中，可调整流体管线1212以用不同的角度(例如，45°)把浆料输送至等离子体羽内，或流体管线1212可至少部分地位于壳体1202内部，以把浆料内部注入至等离子体羽1214内。在一些实施例中，每个流体管线1212可提供不同浆料，可利用所述不同的浆料来改变跨基板1220的所得涂层的组成物。

可利用浆料进料器系统把浆料输送至流体管线1212。在一些实施例中，浆料进料器系统包括流量控制器，流量控制器在涂覆期间维持固定的流速。例如，可在涂覆处理前后使用去离子水来清洁流体管线1212。在一些实施例中，在涂覆处理期间，包含进料至等离子体喷涂装置1200的浆料的浆料容器进行机械式搅拌，以保持浆料均匀并防止沉降。

替代地，在标准的基于粉末的等离子体喷涂技术中，包括填充有一种或多种不同粉末的一个或多个粉末容器的粉末输送系统可用于将粉末输送至等离子体羽1214内(未示出)。

等离子体羽1214可达到非常高的温度(如，介于约3000℃至约10000℃之间)。浆料(或多种浆料)在注入等离子体羽1214内时所经历的高温可能导致浆料溶剂快速蒸发并可能使陶瓷微粒熔化，从而生成被推送向基板1220的微粒流1216。在标准的基于粉末的等离子体喷涂技术中，等离子体羽1214的高温也会将输送至等离子体羽处的粉末熔化，并将熔化的微粒推送向基板1220。一旦碰撞基板1220，熔化的微粒可在基板上变平并快速固化，形成陶瓷涂层1218。溶剂可在陶瓷微粒到达基板1220之前完全蒸发。

在某些实施例中，与由电子束IAD沉积的涂层相比，使用等离子体喷涂沉积来沉积的保护性涂层可具有更大的孔隙率。举例来说，在某些实施例中，等离子体喷涂沉积的保护性涂层可具有高达约10％、高达约8％、高达约6％、高达约4％、高达约3％、高达约2％、高达约1％或高达约0.5％的孔隙率。

可影响陶瓷涂层的厚度、密度和粗糙度的参数包括浆料状态、粒径分布、浆料进料速率、等离子体气体组成物、气体流速、能量输入、喷涂距离和基板冷却。

图12中的物件1220可代表各种半导体处理腔室部件，包括但不限于：基板支撑组件、静电吸盘(ESC)、环(如，处理配件环或单环)、腔室壁、基座、气体分配板、气体管线、喷头、喷嘴、盖、衬垫、衬垫配件、屏蔽件、等离子体筛、均流器、冷却基座、腔室观察口、腔室盖等。

图12中的涂层1218可代表任何本文所述的保护性涂层。涂层1218可具有与先前所述的涂层相同的铝/氧化铝、氧化钇/钇和氧的组成物。类似地，涂层1218可具有上文所述的任何性质，例如但不限于：非晶质百分比、孔隙率、附着强度、化学抗性、物理抗性、硬度、纯度、击穿电压、气密性等。进一步，在暴露于侵蚀性化学环境和/或侵蚀性等离子体环境达延长的持续时间(例如，700RFhrs)的情况下，涂层1218可呈现出类似的降低的缺陷率(如基于每晶片的钇基微粒缺陷所估计的)。

以上说明内容举出诸多具体细节，例如具体的系统、部件、方法的示例等，以便提供对本发明的数个实施例的良好理解。然而，本领域技术人员将可明白，可在无需遵照这些具体细节的情况下实施本发明的至少一些实施例。在其他情况下，对于已知部件或方法不做详细描述或采用简单的框图格式来提供所述部件或方法，以避免不必要地模糊本发明。因此，所举出的具体细节仅为示例性。特定的实施方案可能与这些示例性细节有所不同，并且所述实施方案仍为本发明范围所涵盖。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意指结合所述实施例描述的具体特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在本申请说明书中全文各处中出现“一实施例”或“一个实施例”的措辞时，不一定都指同一个实施例。此外，术语“或”意指包括性的“或”，而不是有排他性“或”。当本文中使用术语“约(about)”或“大致(approximately)”时，意指所提供的标称值的精确度在±30％间。

尽管本文以特定顺序绘示并描述方法的操作，但是可以改变各方法的操作顺序，致使得以相反的顺序执行某些操作，或致使某些操作(至少部分)可与其他操作同时进行。在另一个实施例中，不同操作的指令或子操作可以是间歇和/或交替的方式。

应理解，以上描述为说明性而非限制性的。在阅读和理解以上描述后，许多其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，应参照随附权利要求，还有权利要求所赋予的等效物的完整范围来确定本发明的范围。

Claims

1.一种经涂覆的腔室部件，包括：

主体；以及

保护性涂层，所述保护性涂层包括：摩尔浓度范围从约0.1摩尔％至高达37摩尔％的氧化钇与摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约99.9摩尔％的氧化铝的单相掺合物(singlephase blend)。

2.如权利要求1所述的经涂覆的腔室部件，其特征在于，所述保护性涂层为非晶质的并且具有低薄膜应力。

3.如权利要求1所述的经涂覆的腔室部件，其特征在于，所述保护性涂层包括摩尔浓度范围从约10摩尔％至高达37摩尔％的氧化钇与摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约90摩尔％的氧化铝。

4.如权利要求1所述的经涂覆的腔室部件，其特征在于，所述保护性涂层包括摩尔浓度范围从约5摩尔％至约20摩尔％的氧化钇与摩尔浓度范围从约80摩尔％至约95摩尔％的氧化铝。

5.如权利要求1所述的经涂覆的腔室部件，其特征在于，所述经涂覆腔室部件包括盖、盖衬垫、喷嘴、基板支撑组件、气体分配板、喷头、静电吸盘、遮蔽框(shadow frame)、基板固持框、处理配件环、单环、腔室壁、基座、衬垫配件(liner kit)、屏蔽件、等离子体筛(plasmascreen)、均流器(flow equalizer)、冷却基座、腔室观察口或腔室衬垫。

6.如权利要求1所述的经涂覆的腔室部件，其特征在于，所述保护性涂层在化学上对抗腐蚀性化学物质，并且在物理上对抗高能量等离子体，并且其中所述腐蚀性化学物质包括氢基化学物质、卤素基化学物质或它们的混合物。

7.一种涂覆腔室部件的方法，包含以下步骤：

执行电子束离子辅助沉积(电子束IAD)、物理气相沉积(PVD)或等离子体喷涂，以将保护性涂层沉积在腔室部件上，

其中所述保护性涂层包括摩尔浓度范围从约0.1摩尔％至高达37摩尔％的氧化钇与摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约99.9摩尔％的氧化铝的单相掺合物(single phaseblend)。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述保护性涂层为非晶质的并且具有低薄膜应力。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述保护性涂层包括摩尔浓度范围从约10摩尔％至高达约37摩尔％的氧化钇与摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约90摩尔％的氧化铝。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述保护性涂层包括摩尔浓度范围从约5摩尔％至约20摩尔％的氧化钇与摩尔浓度范围从约80摩尔％至约95摩尔％的氧化铝。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述腔室部件包括盖、盖衬垫、喷嘴、基板支撑组件、气体分配板、喷头、静电吸盘、遮蔽框(shadow frame)、基板固持框、处理配件环、单环、腔室壁、基座、衬垫配件(liner kit)、屏蔽件、等离子体筛(plasma screen)、均流器(flow equalizer)、冷却基座、腔室观察口或腔室衬垫。

12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述保护性涂层在化学上对抗腐蚀性化学物质，并且在物理上对抗高能量等离子体，并且其中所述腐蚀性化学物质包括氢基化学物质、卤素基化学物质或它们的混合物。

13.一种处理晶片的方法，包括：

在腔室中处理晶片，所述腔室包括涂覆有保护性涂层的至少一个腔室部件，

其中所述保护性涂层包括摩尔浓度范围从约0.1摩尔％至约35摩尔％的氧化钇与摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约99.9摩尔％的氧化铝的单相掺合物(single phase blend)。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述处理发生在腐蚀性化学物质、高能量等离子体或它们的组合中。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法呈现出平均每个晶片少于约1个钇基微粒缺陷。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述保护性涂层包括摩尔浓度范围从约10摩尔％至高达37摩尔％的氧化钇与摩尔浓度范围从63摩尔％以上至约90摩尔％的氧化铝。

17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述保护性涂层包括摩尔浓度范围从约5摩尔％至约20摩尔％的氧化钇与摩尔浓度范围从约80摩尔％至约95摩尔％的氧化铝。

18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一个腔室部件包括盖、盖衬垫、喷嘴、基板支撑组件、气体分配板、喷头、静电吸盘、遮蔽框(shadow frame)、基板固持框、处理配件环、单环、腔室壁、基座、衬垫配件(liner kit)、屏蔽件、等离子体筛(plasma screen)、均流器(flow equalizer)、冷却基座、腔室观察口或腔室衬垫。

19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述保护性涂层在化学上对抗腐蚀性化学物质，并且在物理上对抗高能量等离子体，并且其中所述腐蚀性化学物质包括氢基化学物质、卤素基化学物质或它们的混合物。

20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述保护性涂层为非晶质的并且具有低薄膜应力。