CN1576257A

CN1576257A - 耐等离子体构件

Info

Publication number: CN1576257A
Application number: CNA2004100703588A
Authority: CN
Inventors: 小林庆朗; 市岛雅彦; 横山优
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek Inc
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-29
Also published as: US20050084692A1; JP2005060827A; KR100617515B1; CN100381390C; KR20050013968A; US7090932B2

Abstract

一种耐等离子体构件，它具有一种基底材料和一层Y₂O₃制成的涂层，所述涂层在上述基底材料的一个表面上形成。该涂层具有一厚度为10μm或大于10μm，并且涂层的Y₂O₃含有在100ppm－1000ppm范围内的固溶体Si。

Description

耐等离子体构件

技术领域

本发明涉及一种耐等离子体构件，所述耐等离子体构件用作一种半导体制造装置、液晶制造装置等的组成件。

背景技术

在制造各种半导体和液晶时，在蚀刻和清洗晶片等等中采用许多利用氟等离子体的工序。通常，在这些工序中所用的一种装置的室壁都是用铝制造。然而，铝与氟等离子体反应，而由此产生一种Al-F化合物。这种化合物变成负面影响各器件的颗粒物。为了防止这种情况，迄今为止，一般通过在等离子体暴露条件严重的室区用氧化铝陶瓷，或是通过在其上提供一种耐酸铝涂层，来抑制与氟等离子体的反应。

然而，随着近来器件性能的加强，利用常规技术中的氧化铝陶瓷和耐酸铝涂层已经产生了一些问题。也就是说，由于最近的微加工进展已经促进了高真空等离子体的应用，因此，暴露于较高密度的氟等离子体中的氧化铝受到较大程度地磨蚀。结果，产生Al-F颗粒物的量不可忽略不计。

已经考虑了利用不产生Al-F颗粒物的氧化钇、YAG(钇铝石榴石，Y₃Al₅O₁₂)及类似物作为一种构件代替氧化铝。其中在利用氧化钇方面已有了逐渐增加的趋势。在这种情况下，也利用氧化钇作为散装陶瓷。可供选择地，通过利用热喷涂法用氧化钇涂装一种现有材料的一个表面。通过利用热喷涂法形成一层氧化钇涂层的方法对工序有较小影响，并以比较低的费用被实现。因此，在目前情况下，使用在其基底材料的表面涂装氧化钇的耐等离子体构件逐渐增加。

有各种方法如热喷涂法、化学汽相淀积(CVD)法、及等离子体汽相淀积(PVD)法用于在基底材料的表面上形成一层Y₂O₃涂层。在考虑所形成的涂层的费用和厚度时，热喷涂法被评价为十分实用。在利用由热喷涂法所形成的一层涂层作为一种耐等离子层的情况下，它的致密度和粘合强度是重要的因素。如果一层的致密度低而孔隙度高，则它的蚀刻(侵蚀)率也高。另外，如果在涂层中存在一个到达基底材料的通孔，则涂层不能起一种保护层作用。在涂层和基底材料之间的粘合强度低的情况下，涂层有由于通过接收来自等离子体的能量所产生的应力而剥落的可能性。涂层剥落产生的问题是：涂层变成颗粒物的来源，并且露出基底材料。

日本专利未经审查的公开JP-A-10-45467公开了耐腐蚀的构件，所述构件暴露于一种氟腐蚀性气体或一种氟等离子体中的部分用一种复合氧化物制成，所述复合氧化物包括元素周期表3a族中的一种金属及Al和/或Si。日本专利未经审查的公开JP-A-11-157916公开了一种耐腐蚀的构件，所述构件暴露于一种氯腐蚀性气体或一种氯等离子体中的部分用一种复合氧化物制成，所述复合氧化物含有元素周期表3a族中的一种金属及Al和/或Si。

然而，按照JP-A-10-45467的一种常规技术，暴露于氟等离子体中的一部分用一种复合氧化物制成，上述复合氧化物含有元素周期表3a族中一种金属和Si。这种复合氧化物是一种石榴石晶体如YAG、一种单晶如YAM，一种钙钛矿晶体，及单硅酸盐的经过烧结的坯块。该文献未公开一种涂层是由Y₂O₃形成。另外，JP-A-11-157916的常规技术几乎与JP-A-10-45467的常规技术相同。复合氧化物在该处形成的一部分是暴露于氟腐蚀性气体或其(氟)等离子体中的那部分。因此，常规技术在这方面与本发明不同。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种耐等离子体构件，所述耐等离子构件用作一种半导体生产工艺中所用的装置中的室壁或类似物。通过用一种含固溶体Si的Y₂O₃形成一个涂层，Y₂O₃的熔点降低，并使得能均匀地实施热喷涂，以由此增强对基底材料的粘合性。另外，由于Y₂O₃层的均匀侵蚀，所以得到良好的耐腐蚀性。利用一种含固溶体Si的Y₂O₃，使得能防止晶粒落下，并使得可以减少颗粒物的产生。

按照本发明的第一方面，提供了一种耐等离子体构件，所述耐等离子体构件具有一种基底材料和一层Y₂O₃制的涂层，上述涂层在基底材料的一个表面上形成。该涂层具有10μm或大于10μm的厚度，并且涂层的Y₂O₃含有在100ppm-1000ppm范围内的固溶体Si。

按照本发明的第二方面，涂层通过用含有在100ppm-1000ppm范围内的固溶体Si的Y₂O₃热喷涂形成。

按照本发明的第三方面，所述基底材料是铝。

按照本发明的第四方面，固溶体Si是在一种Y₂O₃晶体中。

按照本发明，当通过用一种含有在100ppm-1000ppm范围内的固溶体Si的Y₂O₃作为一种热喷涂剂在基底材料表面上形成涂层作为耐等离子体构件时，Y₂O₃的熔点降低，并可实施均匀的热喷涂。另外，当Y₂O₃层被腐蚀时，腐蚀是均匀地发生，结果它增强了耐腐蚀性。另外，利用含一种在100ppm-1000ppm范围内的固溶体Si的Y₂O₃膜作为一种热喷涂剂时，提供了一些优点是防止晶粒落下并因此减少颗粒物的产生。另外因为耐等离子体构件可很容易通过热喷涂形成，商业价值更大。

附图说明

图1是示出一种等离子体蚀刻装置的侧剖图，按照本发明所述的一层涂层可以应用到上述等离子体蚀刻装置上；

图2是示出按照本发明所述的每个涂层和各比较例的涂层按其蚀刻率与氧化铝蚀刻率之比的蚀刻率曲线图；

图3是示出每个氧化钇喷涂层中的蚀刻量与铝的关系曲线图；

图4A是在蚀刻之前包括一种固溶体Si的氧化钇喷涂层的切割面的SEM(扫描电子显微镜)显微照片；

图4B是在蚀刻之后包括一种固溶体Si的氧化钇喷涂层的切割面的SEM显微照片；

图5A是在蚀刻之前包括一种Si的氧化钇喷涂层的切割面的SEM显微照片；及

图5B是在蚀刻之后包括一种Si的氧化钇喷涂层的切割面的SEM显微照片。

具体实施方式

按照本发明，形成一种耐等离子体构件，上述耐离子体构件在一种氟等离子体装置的室壁等中使用，所述氟等离子装置待用于在制造半导体和液晶的过程中实施蚀刻和清洗，并且上述耐等离子体构件是一种对衬底具有良好粘合性的耐等离子体Y₂O₃保护膜。

本发明的耐等离子体Y₂O₃涂层是一种含一在100-1000ppm范围内的固溶体Si的Y₂O₃层。为了形成涂层，采用热喷涂法。当实施热喷涂时，喷涂一种含固溶体Si的Y₂O₃。由于存在少量固溶体Si，所以Y₂O₃的熔点降低到由此能在其喷涂时形成均匀的熔化颗粒物。尤其是，由于固溶体Si，所以Y₂O₃熔点的降低可以抑制其中Y₂O₃液滴在到达基底材料之前开始聚集的现象出现。这样，形成一个由Y₂O₃制成的致密层，因此增加了基底材料和涂层之间的粘合强度。

另外，由于在Y₂O₃中存在固溶体Si，所以有一些优点是：Y₂O₃涂层的腐蚀不仅是局部的而且还是均匀地发生以增加耐腐蚀性，和防止晶粒落下，因此减少颗粒物的产生。另一方面，在Si是在晶粒边界中偏析代替Si不是固溶于Y₂O₃中的情况下，偏析的Y₂O₃被氟气体选择性地腐蚀，涂层的表面受到损坏，并且涂层表面的Y₂O₃晶体落下及颗粒物的产生增加。为了得到含少量固溶体Si的Y₂O₃，例如，可采用将Y₂O₃粉与Si粉混合，并在热处理炉中用N₂气氛于1000℃下进行热处理10小时。

固溶体Si的量少于100ppm，则降低Y₂O₃的熔点不太有效，而量超过1000ppm，则Si形成一第二层。存在第二层不是优选的，因为各部分的形成具有劣质耐等离子体性。对制造半导体或液晶来说，含Si之外的一些金属元素不是优选的，因为它们使耐等离子体性降低。

实施例1

通过用由原料粉构成的经过造粒的粉体，在纯度为99.9％的铝基底材料上制成一层Y₂O₃喷涂层，上述原料粉包括其含量为300ppm的固溶体Si。这种喷涂层的孔隙度为2.2％，而其粘合强度为268kgf/cm²。另外，通过X射线衍射确定只有Y₂O₃晶体。

在这种热喷涂层上，通过用如图1所示众所周知的标准等离子体蚀刻装置进行蚀刻。在图1中，标号1和2代表一种高频发生器，标号3代表氟气体，标号4代表一个天线，标号5代表一个晶片，标号6代表一个样品，标号7代表一个磁体，及标号10代表一等离子体蚀刻装置。蚀刻条件如下：

蚀刻气体：CF₄(100sccm)

压力：4mTorr(m乇)

高频功率：源射频(RF)500W，偏压RF 40W

处理时间：4小时

将每个样品放在一个石英玻璃片上，所述石英玻璃片放在一个晶片通常放在其上的一部分上。

实施例2

通过用经过造粒的粉体，在纯度为99.9％的铝基底材料上制成一层Y₂O₃喷涂层，上述经过造粒的粉体包括其含量为800ppm的固溶体Si。这个喷涂层的孔隙度为2.0％，和其粘合强度为232kgf/cm²。另外，通过X射线衍射确定只有Y₂O₃晶体。

比较例1

通过用经过造粒的粉体，在其纯度为99.9％的铝基底材料上制成一层Y₂O₃喷涂层，上述经过造粒的粉体由包括其含量为50ppm的固溶体Si的原料粉构成。这个喷涂层的孔隙度为4.3％，和其粘合强度为137kgf/cm²。另外，用X射线衍射确定只有Y₂O₃晶体。

比较例2

通过用经过造粒的粉体，在纯度为99.9％的铝基底材料上制成一层Y₂O₃喷涂层，上述经过造粒的粉体包括其含量为1500ppm的固溶体Si。这个喷涂层的孔隙度为2.4％，和其粘合强度为198kgf/cm²。另外，通过X射线确定除了存在Y₂O₃晶体之外，还存在少量Y₂SiO₅晶体。

在实施例1和2及比较例1和2的热喷涂层上进行蚀刻的结果，利用蚀刻率(E/R)在图2中示出，上述蚀刻率是每个样品的蚀刻量与Al₂O₃蚀刻量之比。蚀刻量由样品的掩蔽部分与样品的暴露部分之间的差值计算。如图2所示，按照本发明，本发明涂层的孔隙度比低，及本发明的粘合强度很好，结果，蚀刻量非常低。

比较例3和4

通过用经过造粒的粉体，在纯度为99.9％的铝基底材料上制成一层Y₂O₃喷涂层(包括Si的氧化钇喷涂层)，上述经过造粒的粉体通过将不包括固溶体Si的原料粉与细SiO₂粉混合以使Si总量为500ppm而得到。这种喷涂层的孔隙度为3.0％，和其粘合强度为120kgf/cm²。另外，通过X射线衍射确定有Y₂O₃晶体和少量SiO₂晶体。与实施例的例子一样地在这个喷涂层上进行蚀刻，以便测量蚀刻量。图3示出用实施例1、比较例3的喷涂层和常规Al₂O₃基底材料(比较例4)的喷涂层比较的结果。如图3所示，实施例1的蚀刻量是比较例3的喷涂层的一半。

图4A和4B各示出实施例1的含固溶体Si的氧化钇喷涂层的切割面的显微照片。图4A是示出在蚀刻之前喷涂层切割面的一个经过抛光的表面的SEM照片，而图4B是示出在蚀刻之后切割面经过抛光的表面的同一表面的SEM照片。

图5A和5B各示出比较例3中含Si的氧化钇喷涂层的切割面的一个显微照片。图5A是示出在蚀刻之前喷涂层切割面的经过抛光的表面的SEM照片，而图5B是示出在蚀刻之后切割面的经过抛光的表面的同一表面的SEM照片。

正如在图4A至5B中清楚示出的，在含有固溶体Si的氧化钇喷涂层中几乎没有局部腐蚀，然而，在不含固溶体Si的氧化钇喷涂层中，在蚀刻之后有很多局部腐蚀。

尽管已经说明了本发明的一些优选实施例，但对该技术的技术人员来说，很显然，在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种改变和修改，并因此，目的是把象属于本发明实际精神和范围内的所有这些改变和修改都包括在所附权利要求中。

按照本发明，在用于制造各种半导体和液晶的装置中，可以在其等离子体暴露条件严重的一部分上形成一层具有小孔隙度和高粘合强度并且是致密的喷涂层。因此，即使在严重的等离子体辐射条件下，蚀刻率也低，以致可以抑制由应力所引起的层的剥落，上述剥落是由于等离子体引起的热历史(thermal history)产生。结果，可以防止由于这种剥落而产生颗粒物。另外，按照本发明，这种Y₂O₃涂层可以很容易用热喷涂法形成。因此，可以得到很大的经济优点。

Claims

1.一种耐等离子体构件，包括：

一种基底材料；及

一种用Y₂O₃制成的涂层，所述涂层形成在所述基底材料的一个表面上，

其中所述涂层具有10μm或10μm以上的厚度，及

所述涂层的Y₂O₃含有在100ppm-1000ppm范围内的固溶体Si。

2.如权利要求1所述的耐等离子体构件，其特征在于，所述涂层通过用含有在100ppm-1000ppm范围内的固溶体Si的Y₂O₃热喷涂形成。

3.如权利要求1所述的耐等离子体构件，其特征在于，所述基底材料是铝。

4.如权利要求1所述的耐等离子体构件，其特征在于，所述固溶体Si是在一种Y₂O₃晶体中。