TW201350209A - 用於關鍵腔室組件的電漿噴灑塗佈製程改良 - Google Patents

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Abstract

在將電漿噴灑的含釔氧化物塗層施加到物件上的最佳化方法中，選擇介於約89-91千瓦(kW)之間的電漿功率用於一電漿噴灑系統。氣體以約115-130升/分的選擇的氣體流動速率流經該電漿噴灑系統。以約10-30克/分的選擇的粉末進料速率供給包含含釔氧化物的陶瓷粉末進入該電漿噴灑系統。然後基於該選擇的粉末、該選擇的氣體流動速率及該選擇的粉末進料速率於該物件上形成釔占主要部分的陶瓷塗層。

Description

用於關鍵腔室組件的電漿噴灑塗佈製程改良 【相關申請案的交叉引用】
本專利申請案根據專利法主張於2012年4月27日提出申請的美國臨時專利申請案第61/639,775號的優先權權益。
本揭示之實施例大體而言係關於塗佈陶瓷的物件以及將陶瓷塗層施加於基板的製程。
在半導體工業中，裝置是由多個製造製程所製作，該等製造製程可生產尺寸不斷縮小的結構。某些製造製程，例如電漿蝕刻和電漿清洗製程可使基板曝露於高速的電漿流，以蝕刻或清洗基板。電漿可能是有高度侵蝕性的，並可能侵蝕處理腔室和其他曝露於電漿的表面。這種侵蝕可能會產生顆粒，因而經常污染正被處理的基板，造成裝置具有缺陷。
由於裝置幾何尺寸的縮小，故裝置對缺陷的敏感度提高，因而裝置對顆粒污染物的要求便越來越嚴格。因此，隨著裝置幾何尺寸的縮小，可允許的顆粒污染水平可能會被 降低。為了最少化電漿蝕刻及/或電漿清洗製程帶來的顆粒污染，已經開發出可耐電漿的腔室材料。不同的材料提供了不同的材料性質，例如耐電漿性、剛性、彎曲強度、耐熱衝擊性等等。另外，不同的材料具有不同的材料成本。因此，有些材料具有優異的耐電漿性，其他的材料具有較低的成本，還有其他的材料具有優異的彎曲強度及/或耐熱衝擊性。
在一個實施例中，一種塗佈陶瓷的物件包括基板和該基板上的陶瓷電漿噴灑塗層。為了製造該塗佈陶瓷的物件，決定電漿噴槍功率、粉末給料速率以及載體氣體，並且將導電性基板電漿噴灑塗佈陶瓷塗層。
100‧‧‧製造系統
101‧‧‧處理設備
102‧‧‧噴砂機
103‧‧‧濕清洗機
104‧‧‧陶瓷塗佈機
105‧‧‧研磨機
115‧‧‧設備自動化層
120‧‧‧計算裝置
200‧‧‧系統
202‧‧‧噴灑頭
204‧‧‧基板
206‧‧‧真空腔室
208‧‧‧下電極
210‧‧‧RF訊號產生器
212‧‧‧塗層
300‧‧‧系統
302‧‧‧電弧
304‧‧‧電極
306‧‧‧噴嘴
308‧‧‧粉末
310‧‧‧物件
312‧‧‧陶瓷塗層
400‧‧‧製程
401‧‧‧方塊
402‧‧‧方塊
404‧‧‧方塊
406‧‧‧方塊
502‧‧‧顯微照片
504‧‧‧顯微照片
506‧‧‧結核
508‧‧‧結核
512‧‧‧塗層
516‧‧‧塗層
606‧‧‧結核
在附圖的圖中藉由舉例的方式而不是藉由限制的方式圖示出本發明，其中相同的標號表示類似的元件。應當注意的是，在本揭示中對於「一」或「一個」實施例的不同引用不一定是指相同的實施例，並且這樣的引用意指至少一個。
第1圖圖示依據本發明一個實施例的製造系統之示例性架構；第2圖圖示在基板上進行電漿蝕刻的系統之一個實施例；第3圖圖示在介電蝕刻組件或其他用於侵蝕性系統的物件上電漿噴灑塗層的系統；第4圖為圖示依據本揭示之實施例製造塗佈物件的製程之流程圖； 第5圖圖示依據本發明之實施例一對塗佈陶瓷的物件的樣品之顯微照片；第6圖圖示使用各種電漿噴灑參數形成的陶瓷塗層之剖面側視圖；第7圖圖示另外的使用各種電漿噴灑參數形成的陶瓷塗層之剖面側視圖；第8圖圖示陶瓷塗層之頂視顯微照片；第9圖圖示另外的陶瓷塗層之頂視顯微照片；第10圖圖示使用不同塗佈角度和進料速率製造的陶瓷塗層之頂視顯微照片；第11圖圖示使用各種輸入參數的陶瓷塗層之剖面顯微照片；以及第12圖圖示使用各種輸入參數的陶瓷塗層之剖面顯微照片。
本揭示之實施例係針對以陶瓷塗層塗佈物件的製程。在一個實施例中，將物件粗糙化然後塗佈陶瓷塗層。可以將粗糙化和塗佈的參數最佳化，以最大化塗佈到基板的陶瓷塗層之黏著強度，從而減少未來陶瓷塗層從物件剝離。電漿噴灑製程的最佳化可以包括電漿功率(電壓和電流的副產品)、主要和次要的氣體流動速率、粉末大小和粉末材料組成及/或粉末進料速率。其他的最佳化參數可以包括噴槍距離、噴槍移動速度、噴槍移動間距等。
物件的陶瓷塗層可以是高度耐電漿刻蝕的，並且基 板可以具有優異的機械性質，例如高的彎曲強度和高的耐熱衝擊性。塗佈的陶瓷物件之效能性質可以包括相對較高的熱性能、相對較長的壽命以及少的晶圓上粒子和金屬污染。
本文中使用的術語「大約」和「約」，這些都旨在表示在±10%之內的標稱值是精確的。本文中所描述的物件可以是曝露於電漿的結構，例如用於電漿刻蝕機(亦習知為電漿蝕刻反應器)的腔室組件。舉例來說，該物件可以是電漿蝕刻機、電漿清洗機、電漿推進系統等之牆壁、基座、氣體分配板、噴灑頭、基板夾持框架等。
此外，本文所述的實施例係參照塗佈陶瓷的物件，當用於富含電漿的製程之處理腔室時，該物件可以使顆粒污染減少。然而，應該理解的是，本文所討論的塗佈陶瓷的物件當用於其他製程的處理腔室(例如非電漿蝕刻機、非電漿清洗機、化學氣相沉積(CVD)腔室、物理氣相沉積(PVD)腔室等等)時也可以提供減少的顆粒污染。此外，參照高性能材料(HPM)陶瓷塗層(下面描述)來描述一些實施例。然而，應該瞭解的是，該等實施例同樣適用於其他耐電漿的陶瓷(例如其他的含釔陶瓷)。
第1圖圖示製造系統100之示例性架構。製造系統100可以是陶瓷製造系統。在一個實施例中，製造系統100包括連接到設備自動化層115的處理設備101。處理設備101可以包括噴砂機102、一或多個濕清洗機103、陶瓷塗佈機104及/或一或多個研磨機105。製造系統100可以進一步包括一或多個連接到設備自動化層115的計算裝置120。在替代的實 施例中，製造系統100可以包括更多或更少的組件。舉例來說，製造系統100可以包括沒有設備自動化層115或計算裝置120的手動操作(例如離線的)處理設備101。
噴砂機102是配置來粗糙化物件表面的機器，該物件例如物品。噴砂機102可以是噴砂櫃、手持噴砂機或其他類型的噴砂機。噴砂機102藉由使用砂粒或顆粒來轟擊基板而粗糙化基板。在一個實施例中，噴砂機102在基板觸發陶瓷砂粒或顆粒。藉由噴砂機102實現的粗糙度可以基於用以觸發砂粒的力、砂粒的材料、砂粒的大小、從基板到噴砂機的距離、處理的持續時間等等。在一個實施例中，噴砂機使用範圍內的砂粒大小來粗糙化陶瓷物件。
在替代的實施例中，也可以使用噴砂機102以外其他類型的表面粗糙化機。舉例來說，可以使用電動研磨墊來粗糙化陶瓷基板的表面。當研磨墊被壓向物件的表面時，磨砂機可以旋轉或振動研磨墊。由研磨墊實現的粗糙度可以取決於施加的壓力、振動或轉動速率及/或研磨墊的粗糙度。
濕清洗機103是使用濕清洗製程清洗物件(例如物品)的設備。濕清洗機103包括充滿液體的濕浴，其中基板被浸沒，以清洗該基板。在清洗過程中，濕清洗機103可以使用超聲波攪動濕浴，以提高清洗的功效。本文中將此稱為超聲波處理濕浴。
在其他的實施例中，還可以使用其他類型的清洗機來清洗物件，例如乾洗機。乾洗機可以藉由施加熱、藉由施加氣體、藉由施加電漿等來清洗物件。
陶瓷塗佈機104是一種配置來將陶瓷塗層施加於基板表面的機器。在一個實施例中，陶瓷塗佈機104是一種電漿噴灑機，該電漿噴灑機電漿噴灑陶瓷塗層到陶瓷基板上。在替代的實施例中，陶瓷塗佈機104可以應用其他的熱噴灑技術，例如爆炸噴灑、金屬電弧噴灑、高速氧燃料(HVOF)噴灑、火焰噴灑、暖噴灑，而且可以使用冷噴灑。此外，陶瓷塗佈機104可以進行其他的塗佈製程，例如氣溶膠沉積，而且可以使用電鍍、物理氣相沉積(PVD)及化學氣相沉積(CVD)來形成陶瓷塗層。
研磨機105是具有研磨盤的機器，該研磨盤可研磨及/或拋光物件的表面。研磨機105可以包括拋光/研磨系統，例如粗研磨站、化學機械研磨(CMP)裝置等等。研磨機105可以包括支撐基板的平台以及在旋轉的時候被壓向基板的研磨盤或拋光墊。
這些研磨機105研磨陶瓷塗層的表面，以降低陶瓷塗層的粗糙度及/或減少陶瓷塗層的厚度。研磨機105可以在多個步驟中研磨/拋光陶瓷塗層，其中每個步驟使用具有稍微不同粗糙度及/或不同漿料(例如若使用CMP)的研磨墊。舉例來說，可以使用具有高粗糙度的第一研磨墊來快速地將陶瓷塗層研磨到所需的厚度，並且可以使用具有低粗糙度的第二研磨墊來將陶瓷塗層拋光到所需的粗糙度。
設備自動化層115可以將部分或全部的製造機器101與計算裝置120、與其他的製造機器、與測量工具及/或其他裝置互連。設備自動化層115可以包括網路(例如位置區 域網路(LAN))、路由器、閘路、伺服器、數據儲存器等等。製造機器101可以經由半導體設備通訊標準/通用設備模型(SECS/GEM)介面、經由乙太網路介面，及/或經由其他介面連接到設備自動化層115。在一個實施例中，設備自動化層115使製程數據(例如在製程運作過程中由製造機器101收集到的數據)可以被儲存在數據儲存器中(未圖示)。在替代的實施例中，計算裝置120直接連接到一或多個製造機器101。
在一個實施例中，部分或全部的製造機器101包括可程式化的控制器，該控制器可以裝載、儲存及執行製程流程。該可程式化的控制器可以控制製造機器101的溫度設定值、氣體及/或真空設定值、時間設定值等。該可程式化的控制器可以包括主記憶體(例如唯讀主記憶體(ROM)、快閃記憶體、動態隨機存取記憶體(DRAM)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)等)及/或輔助記憶體(例如數據儲存裝置，如磁碟驅動器)。主記憶體及/或輔助記憶體可以儲存用於進行本文所述的熱處理製程之指令。
可程式化控制器還可以包括耦接到主記憶體及/或輔助記憶體的處理裝置(例如經由匯流排)，以執行該指令。該處理裝置可以是通用的處理裝置，例如微處理器、中央處理單元或類似者。該處理裝置也可以是特殊用途的處理裝置，例如特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘極陣列(FPGA)、數位訊號處理器(DSP)、網路處理器或類似者。在一個實施例中，可程式化的控制器係可程式化的邏輯控制器(PLC)。
在一個實施例中，將製造機器101程式化，以執行將使製造機器粗糙化基板、清洗基板及/或物件、塗佈物件及/或使用機器(例如研磨或拋光)製作物件的流程。在一個實施例中，將製造機器101程式化，以執行進行製造塗佈陶瓷的物件之多步驟製程操作的流程，如參照第4圖所述。該計算裝置120可以儲存一或多個陶瓷塗佈流程125，陶瓷塗佈流程125可以被下載到製造機器101，以使製造機器101依據本揭示之實施例製造塗佈陶瓷的物件。
第2圖為圖示用於在基板204上進行電漿蝕刻的系統200的一個實施例之示意圖。在一個實施例中，系統200為介電質刻蝕系統，例如利用平行板配置的反應性離子蝕刻(RIE)、電感耦合電漿(ICP)或電漿蝕刻系統。系統200採用化學反應性電漿來去除沉積在基板204或晶圓上的材料。該系統也可以是導體蝕刻系統。通常介電質刻蝕系統係電容耦合電漿(CCP)，而導體蝕刻系統係電感耦合電漿(ICP)。
系統200包含真空腔室206，真空腔室206有位於噴灑頭202下方的基板204。噴灑頭202的功能是作為電極，噴灑頭202與下電極208一起形成電場，該電場加速來自氣體的離子朝向基板204的表面移動。該氣體經由形成在噴灑頭202的進氣口進入系統200。該氣體的種類和數量取決於蝕刻製程，並且可以使用由RF訊號產生器210驅動的RF供電磁場從該氣體產生離子電漿。
由於噴灑頭202和電極208之間的大電壓差，離子和電子會朝向基板204和電極208漂移而與基板204發生碰 撞，這將導致基板204被蝕刻。離子與基板204發生化學反應。然而，由於離子的速度，一些在過程的時間中反彈朝向系統200各個組件的離子會與該等組件反應並侵蝕該等組件。因此，在一個實施例中，可以藉由陶瓷塗層212(藉由示例的方式提供，例如噴灑頭上的塗層)覆蓋該等組件，以保護和延長該等組件之使用壽命。陶瓷塗層可以額外地阻止AlF及/或其他用於電漿蝕刻製程(例如那些使用氟氣者)的反應物形成。
塗層212可以由電漿噴灑的陶瓷形成，例如Y2O3(三氧化二釔或氧化釔)、Y4Al2O9(YAM)、Al2O3(氧化鋁)、Y3Al5O12(YAG)、石英、SiC(碳化矽)、Si3N4(氮化矽)、SiN(氮化矽)、AlN(氮化鋁)、TiO2(二氧化鈦)、ZrO2(氧化鋯)、TiC(碳化鈦)、ZrC(碳化鋯)、TiN(氮化鈦)、Y2O3穩定的ZrO2(YSZ)等。塗層212也可以是陶瓷複合物，例如AG-1000(Al2O3-YAG的固熔體)或SiC-Si3N4的固熔體。在另一個實施例中，塗層212是在物件202上的高性能材料(HPM)塗層。舉例來說，該HPM塗層可以由化合物Y4Al2O9(YAM)和固熔體Y2-xZrxO3(Y2O3-ZrO2固熔體)所組成。注意到，純的氧化釔以及含氧化釔的固熔體可以被摻雜有ZrO2、Al2O3、二氧化矽(SiO2)、三氧化二硼(B2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氧化釹(Nd2O3)、氧化鈮(Nb2O5)、氧化鈰(CeO2)、氧化釤(Sm2O3)、Yb2O3或其他氧化物中之一或多者。注意到，雖然將陶瓷塗層圖示於噴灑頭202上，但是系統200的其他組件也可以取代噴灑頭202而包括陶瓷塗層，或是除了 蓮蓬頭202之外系統200的其他組件也可以包括陶瓷塗層。
陶瓷塗層212可以由陶瓷粉末或陶瓷粉末的混合物生產。舉例來說，三氧化二釔塗層可以由三氧化二釔粉末生產。同樣地，HPM陶瓷複合物可以由Y2O3粉末、ZrO2粉末以及Al2O3粉末的混合物生產。在一個實施例中，HPM陶瓷複合物含有77重量%的Y2O3、15重量%的ZrO2以及8重量%的Al2O3。在另一個實施例中，HPM陶瓷複合物含有63重量%的Y2O3、23重量%的ZrO2以及14重量%的Al2O3。在又另一個實施例中，HPM陶瓷複合物含有55重量%的Y2O3、20重量%的ZrO2以及25重量%的Al2O3。相對比例可能是莫耳和原子的比例。舉例來說，HPM陶瓷複合物可以含有63莫耳%的Y2O3、23莫耳%的ZrO2以及14莫耳%的Al2O3。這些陶瓷粉末的其他分佈也可以使用於HPM材料。
陶瓷塗層212可以藉由允許在約120和180攝氏度之間的範圍內的操作溫度來實現更高溫的介電質蝕刻。同時，由於陶瓷塗層212的耐電漿性以及減少的晶圓上或基板污染，陶瓷塗層212允許更長的工作壽命。有利的是，在一些實施例中，可以在不影響被塗佈基板的尺寸下剝離並重新塗佈陶瓷塗層212。
第3圖圖示用於將塗層電漿噴灑於介電質蝕刻組件或其他用於侵蝕性系統的物件上的系統300。系統300是熱噴灑系統的類型。在電漿噴灑系統300中，電弧302係形成於兩個電極304之間，氣體流動通過電極304。適合用於電漿噴灑系統300的氣體實例包括但不限於氬氣/氫氣或氬氣/氦 氣。由於氣體被電弧302加熱，故氣體會膨脹且加速通過成形的噴嘴306，形成高速的電漿流。
粉末308被注入到電漿噴槍或火炬，其中劇烈的溫度熔化了粉末，並推動材料前往物件310。在撞擊到物件310時，熔融的粉末變平坦、快速固化並形成陶瓷塗層312。熔融的粉末便附著於物件310。影響陶瓷塗層312的厚度、密度及粗糙度的參數包括粉末的種類、粉末的大小分佈、粉末的進料速率、電漿氣體組成、氣體流動速率、能量輸入、火炬偏移距離以及基板的冷卻。在下面更詳細地討論具有最佳化參數的電漿噴灑製程。
第4圖為圖示依據本揭示之實施例用於製造塗佈的物件的製程400之流程圖。將參照上述物件或基板的塗層描述製程400之步驟，該等步驟可用於反應性離子蝕刻或電漿蝕刻系統中。
在方塊401，準備用於塗佈的基板。該基板可以是金屬基板，例如鋁、銅、鎂或另一種金屬或金屬合金。該基板也可以是陶瓷基板，例如氧化鋁、氧化釔或另一種陶瓷或上述陶瓷的混合物。準備基板可以包括使該基板成型為所需的形狀、研磨、噴砂或拋光該基板，以提供特定的表面粗糙度及/或清洗基板。
在方塊402，選擇最佳的、用於電漿噴灑陶瓷塗層的粉末特性。在一個實施例中，為粉末選擇最佳的粉末類型和最佳的粉末大小分佈。在一個實施例中，可以選擇粉末的類型，以生產HPM塗層。舉例來說，粉末的類型可以包括不 同莫耳百分比的Y2O3、ZrO2及Al2O3。在一個實施例中，選擇最佳的凝聚粉末尺寸分佈，其中10%的凝聚粉末(D10)具有小於10微米(μm)的尺寸，50%的凝聚粉末(D50)具有20-30μm的尺寸，以及90%的凝聚粉末(D90)具有小於55μm的尺寸。在另一個實施例中，可以選擇粉末的類型，以生產三氧化二釔塗層。
選擇具有指定的組成、純度及顆粒尺寸的陶瓷粉末原料。陶瓷粉末可以由Y2O3、Y4Al2O9、Y3Al5O12(YAG)或其他的含氧化釔陶瓷所形成。此外，陶瓷粉末可以摻雜有ZrO2、Al2O3、SiO2、B2O3、Er2O3、Nd2O3、Nb2O5、CeO2、Sm2O3、Yb2O3或其他氧化物中之一或多者。
然後混合陶瓷粉末原料。在一個實施例中，將Y2O3、Al2O3及ZrO2的陶瓷粉末原料混合在一起。在一個實施例中，這些陶瓷粉末原料可以具有99.9%或更高的純度。也可以例如使用球磨混合該等陶瓷粉末原料。該等陶瓷粉末原料可以具有在約100nm-20μm之間的範圍中的粉末大小。在一個實施例中，該等陶瓷粉末原料具有約5μm的粉末大小。
陶瓷粉末混合之後，可以將彼等在指定的煅燒時間和溫度下煅燒。在一個實施例中，使用約1200-1600℃(例如在一個實施例中為1400℃)的煅燒溫度和約2-5小時(例如在一個實施例中為3小時)的煅燒時間。在一個實施例中，用於混合的粉末且經噴灑乾燥的顆粒尺寸可以具有約30μm的尺寸分佈。
在一個實施例中，陶瓷塗層是從Y2O3粉末生產。該 陶瓷塗層也可以從Y2O3粉末和Al2O3的組合生產。或者，該陶瓷塗層可以是一種從Y2O3粉末、ZrO2粉末以及Al2O3粉末的混合物生產的高性能材料(HPM)陶瓷複合物。在一個實施例中，該HPM陶瓷複合物含有77重量%的Y2O3、15重量%的ZrO2以及8重量%的Al2O3。在另一個實施例中，該HPM陶瓷複合物含有63重量%的Y2O3、23重量%的ZrO2以及14重量%的Al2O3。在又另一個實施例中，該HPM陶瓷複合物含有55重量%的Y2O3、20重量%的ZrO2以及25重量%的Al2O3。也可以將這些陶瓷粉末的其他分佈使用於HPM材料。
在方塊404，選擇最佳的電漿噴灑參數。在一個實施例中，最佳化電漿噴灑參數包括但不限於設定電漿噴槍功率及噴灑載氣的組成。
最佳化粉末特性和電漿噴灑參數可能會導致塗層具有實質上完全熔化的結核。舉例來說，電漿噴槍功率提高同時伴隨粉末進料速率降低可以確保粒狀粉末實質上完全熔化。完全的或增加的熔化降低了孔隙度並提高陶瓷塗層的密度。這種降低的孔隙度與提高的密度可增強保護經塗佈的物件免於受侵蝕性元素(例如電漿)破壞。同時，完全熔化的結核比較不可能掙脫陶瓷塗層與污染晶圓造成顆粒的問題。
表1說明依據第4A圖的製程用於塗佈物件的輸入參數。該等參數包括但不限於電漿功率、噴槍電流、噴槍電壓、粉末進料速率、噴槍噴射距離、噴槍移動速度、噴槍移動間距、噴槍的角度、氣體流動速率。表1說明與使用新輸入參數的不同塗層(指稱為CIP1、CIP2、CIP3及CIP4)相比，如何將參數修改為優於普遍接受的一般參數(名為「POR」)。第5-12圖圖示使用不同輸入參數的塗層之結果。
在一個實施例中，電漿噴灑參數包括電漿功率、噴槍電流、噴槍電壓、從基板到電漿噴灑機的噴嘴之距離、電漿噴灑機噴槍或噴嘴的移動速度、噴槍的移動間距、噴槍相對於基板的角度以及噴槍的氣體流動速率。在一個實施例中，用於電漿噴灑三氧化二釔陶瓷塗層的最佳化電漿噴灑參數包括約90千瓦的電漿功率、約150A的噴槍電流、約300V的噴槍電壓、每分鐘約10克的功率進料速率、約為100mm的距離、每秒約500mm的噴槍移動速度、約2mm的噴槍移動間距、約45-90度的噴槍角度以及每分鐘約120-130升的氣體流動速率。
在方塊406中，依據選擇的粉末特性和電漿噴灑參數塗佈物件。電漿噴灑技術可能會熔化材料(例如陶瓷粉末)，並且使用選擇的參數將熔化的材料噴灑到物件上。使用 這種最佳化的電漿噴灑參數可以將部分熔化的表面結核之百分比減少到約0.5-15%。
在一個實施例中，電漿噴灑陶瓷塗層可以具有約10-40密耳(mil)(例如在一個實施例中為25密耳)的厚度。在一個實例中，該厚度係根據陶瓷塗層的腐蝕速率來選擇，以確保物件具有約5000射頻時間(RFHrs)的使用壽命。換句話說，假使特定的陶瓷塗層之腐蝕速率為約0.005密耳/小時，則對於約5000RFHrs的使用壽命而言，可以形成厚度約25密耳的陶瓷塗層。
電漿噴灑製程可以在多個噴灑操作中進行。按照所選擇的最佳化電漿噴灑參數，操作可以具有約500毫米(mm)/秒的噴槍或噴嘴移動速度。對於每一個操作，可以改變電漿噴灑噴嘴的角度，以保持與被噴灑的表面之相對角度。舉例來說，可以旋轉電漿噴灑噴嘴的角度，以保持與被噴灑的物件之表面的角度為約45度至約90度。每一個操作可以沉積上達約100μm的厚度。可以使用範圍在約30-45個之間的操作(在一個實施例中例如35-40個操作)進行電漿噴灑製程。
陶瓷塗層可以具有約0.5-5%(在一個實施例中例如小於約5%)的孔隙度、約4-8吉帕斯卡(gigapascal,GPa)(在一個實施例中例如大於約4GPa)的硬度以及大於約24百萬帕(MPa)的耐熱衝擊性。此外，該陶瓷塗層可以具有約4-20MPa(在一個實施例中例如大於約14MPa)的黏著強度。黏著強度可以藉由對陶瓷塗層施力(例如以百萬帕斯卡量測)直到陶瓷塗層從陶瓷基板剝離來測定。電漿噴灑的陶瓷塗層 之其他性質可以包括對於8密耳的這種塗層為大於約8小時的HCI冒泡時間，以及大於約700伏/密耳的崩潰電壓。
表2說明與用於標準實作(POR)者相比，使用上述最佳化電漿與粉末參數所量測的塗層性質。在一個實施例中，該最佳化參數將部分熔化的表面結核從30%的POR樣品減少至約15%。其他的改良包括平滑的表面、降低的孔隙度、較高的耐腐蝕性以及較高的崩潰電壓。
表2說明使用表1的輸入參數生產的不同塗層之特性。樣品POR、CIP1、CIP2、CIP3以及CIP4對應於表1中相應的輸入參數。在所描述的實施例中，部分熔化的表面結核之比例明顯地從POR的30%降低至樣品CIP4的7%。同樣地，孔隙度也改良了(例如從約3%降至約1-1.5%)，以及鹽酸冒泡時間(耐腐蝕性的量測)與崩潰電壓亦同。
第5圖是一對顯微照片502和504。顯微照片502圖示使用上述的最佳化輸入參數電漿噴灑的塗層512之剖面圖。顯微照片504圖示使用POR參數電漿噴灑的塗層516之剖面圖。顯微照片504圖示部分熔化的結核508。部分熔化的結核508的問題在於：部分熔化的結核508有在電漿蝕刻製 程中脫離塗層516以及污染基板表面的傾向。
反過來說，顯微照片502圖示完全熔入塗層512表面的結核506。完全熔化的結核506具有遠較低的從塗層512表面斷裂而污染基板的可能性。
第6圖和第7圖圖示使用各種電漿噴灑參數形成陶瓷塗層之剖面側視圖。具體而言，第6圖和第7圖圖示從普遍接受的POR樣品參數到CIP1-4的最佳化參數，表面結核減少了。值得注意的是，從POR樣品到CIP1、CIP2、CIP3及CIP4樣品，結核606的出現頻率、結核606的密度以及結核606的直徑減少了。
第8圖和第9圖圖示陶瓷塗層的頂視顯微照片，以及減少的結核606之出現頻率、密度以及大小。雖然在第11圖和第12圖中並未具體確認所有的結核606，但是在本技術領域中具有通常知識之人士將理解到，在POR樣品和CIP1-4樣品之間，結核的出現頻率、大小以及密度減少了。
第10圖圖示使用不同塗佈角度和進料速率的陶瓷塗層之頂視顯微照片。圖示的角度係指電漿噴槍相對於物件的角度。為了便於參考，第3圖的電漿噴槍相對於物件的角度為90度。如圖所示，較慢的進料速率產生較高的表面均勻度。
第11圖和第12圖圖示使用表1輸入參數的陶瓷塗層之剖面顯微照片。這些圖說明依據表1的設定值使用最佳化的輸入參數降低了孔隙度。有助於改良孔隙度的一些因素包括但不限於提高電漿噴槍的功率及/或降低粉末的進料速 率。這兩個因素的組合進一步改良了孔隙度。換句話說，相對於POR輸入參數提高50%的功率並降低50%的粉末進料速率明顯地降低了塗層的孔隙度。對於POR輸入參數，藉由同時增加噴射距離並減少電漿噴槍的速度可實現深一層的改良。
前面的描述中闡述了許多的具體細節，例如特定系統、組件、方法等之實例，以便對本揭示的幾個實施例提供良好的瞭解。然而，對於本技術領域中具有通常知識之人士而言，顯而易見的是在沒有這些具體細節之下也可以實施至少一些本揭示的實施例。在其他情況下，沒有詳細描述眾所周知的組件或方法，或者僅以簡單的方塊圖形式呈現眾所周知的組件或方法，以避免不必要地模糊了本揭示。因此，所提出的具體細節僅是示例性的。特定的實施方案可能會與這些示例性細節有所不同，但仍然被視為是在本揭示的範圍之內。
本說明書從頭到尾所提的「一個實施例」或「一實施例」意指在至少一個實施例中包括有關該實施例所描述的特定特徵、結構或特性。因此，本說明書從頭到尾，在各處出現的片語「在一個實施例中」或「在一實施例中」並不一定都是指稱相同的實施例。此外，術語「或」意指包括性的「或」，而非排他性的「或」。
雖然以特定的順序圖示和描述本發明方法之操作，但每一種方法之操作順序係可被改變的，以便某些操作可以以相反的順序進行，或者以便某些操作可以至少部分地與其 他的操作同時進行。在另一個實施例中，不同操作的指令或子操作可以以間歇的及/或交替的方式進行。
瞭解到的是，上面的描述係意圖為說明性的，而非限制性的。對於本技術領域中具有通常知識者而言，在閱讀和理解上面的描述之後，許多其他的實施例將是顯而易見的。因此，該揭示之範圍應參照所附申請專利範圍以及該等申請專利範圍之均等物的全部範圍來決定。
400‧‧‧製程
401‧‧‧方塊
402‧‧‧方塊
404‧‧‧方塊
406‧‧‧方塊

Claims (20)

  1. 一種方法，包含以下步驟：選擇一電漿功率用於一電漿噴灑系統，該電漿功率係介於約89-91千瓦(kW)之間；使氣體以一選擇的氣體流動速率流經該電漿噴灑系統，該選擇的氣體流動速率為約115-130升/分；以一選擇的粉末進料速率供給一粉末進入該電漿噴灑系統，該粉末包含一含釔氧化物，該選擇的粉末進料速率為約10-30克/分；以及基於該選擇的粉末、該選擇的氣體流動速率及該選擇的粉末進料速率於一基板上形成一陶瓷塗層。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：將該電漿噴灑系統之一噴嘴與該基板之間的一距離設定為約100mm。
  3. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：將一噴槍移動速度設定為約500mm/秒；以及將一噴槍移動間距設定為約2mm及將一噴槍角度設定為約45-90度。
  4. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：將一噴槍電流設定為約130-150A及將一噴槍電壓設定為約380-300伏。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該陶瓷塗層具有一約7-17%的部分熔化表面結核百分比。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該陶瓷塗層具有一小於約1.5%的孔隙度。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該陶瓷塗層具有一大於約6小時的HCI冒泡時間。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該陶瓷塗層具有一約700伏/密耳的崩潰電壓。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該陶瓷塗層為一氧化釔塗層，以及該粉末係由氧化釔組成。
  10. 一種在至少一表面上具有一陶瓷塗層的物件，其中該塗層係藉由一製程施加，該製程包含以下步驟：選擇一電漿功率用於一電漿噴灑系統，該電漿功率係介於約89-91kW之間；使氣體以一選擇的氣體流動速率流經該電漿噴灑系統，該選擇的氣體流動速率為約115-130升/分；以一選擇的粉末進料速率供給一粉末進入該電漿噴灑系統，該粉末包含一含釔氧化物，該選擇的粉末進料速率為約 10-30克/分；以及基於該選擇的粉末、該選擇的氣體流動速率及該選擇的粉末進料速率於該物件之至少一表面上形成該陶瓷塗層。
  11. 如請求項10所述之物件，該製程進一步包含以下步驟：將該電漿噴灑系統之一噴嘴與該基板之間的一距離設定為約100mm。
  12. 如請求項10所述之物件，該製程進一步包含以下步驟：將一噴槍移動速度設定為約500mm/秒；以及將一噴槍移動間距設定為約2mm及將一噴槍角度設定為約45-60度。
  13. 如請求項10所述之物件，該製程進一步包含以下步驟：將一噴槍電流設定為約130-150A及將一噴槍電壓設定為約380-300伏。
  14. 如請求項10所述之物件，其中該陶瓷塗層具有一約7-17%的部分熔化表面結核百分比。
  15. 如請求項10所述之物件，其中該陶瓷塗層具有一小於約1.5%的孔隙度。
  16. 如請求項10所述之物件，其中該陶瓷塗層具有一大於約 6小時的HCI冒泡時間。
  17. 如請求項10所述之物件，其中該陶瓷塗層具有一約700伏/密耳的崩潰電壓。
  18. 如請求項10所述之物件，其中該陶瓷塗層為一氧化釔塗層，以及該粉末係由氧化釔組成。
  19. 一種將一氧化釔陶瓷塗層電漿噴灑至一電漿蝕刻反應器之一腔室組件的方法，包含以下步驟：選擇一電漿功率用於一電漿噴灑系統，該電漿功率係介於約89-91千瓦(kW)之間；使氣體以一選擇的氣體流動速率流經該電漿噴灑系統，該選擇的氣體流動速率為約115-130升/分；以一選擇的粉末進料速率供給一氧化釔粉末進入該電漿噴灑系統，該選擇的粉末進料速率為約10-30克/分；以及基於該選擇的粉末、該選擇的氣體流動速率及該選擇的粉末進料速率於一基板上形成一陶瓷塗層。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該氧化釔陶瓷塗層具有一約7-17%的部分熔化表面結核百分比、一小於約1.5%的孔隙度以及一約700伏/密耳的崩潰電壓。
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