TW201629266A - 電漿處理設備之內部構件以及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種電漿處理設備之內部構件的製造方法，噴塗層藉由使用第一陶瓷材料形成於真空腔室的內部構件上，真空腔室用於提供電漿處理空間。藉由熔融製程以熔融噴塗層的表面，而形成粒子分佈比噴塗層密集的表面熔融層。藉由使用第二陶瓷材料，於表面熔融層的表面上形成表面修補層。

Description

電漿處理設備之內部構件以及其製造方法

本發明揭露內容關於一種電漿處理設備之內部構件，以及該內部構件的製造方法，且更特別的是，關於一種包含在電漿處理設備之真空腔室之中的內部構件，該電漿處理設備利用電漿來處理導電薄膜，以於基板上形成電路圖案；以及所述內部構件之製造方法。

通常，半導體器件藉由形成電路圖案於半導體基板（如晶圓）上來製造。於此情形下，該電路圖案可藉由沉積製程以及電漿蝕刻製程來形成。沉積製程藉由層積諸如鋁（Al）、鈦（Ti）、鉬（Mo）與鎢（W）的導電薄膜或是如二矽化鉬（MoSi₂ ）、氮化鈦（TiN）、氮化鉭（TaN）的金屬化合物，以形成導電線、電極等；電漿蝕刻製程藉由使用電漿來蝕刻所沉積的導電線或是電極的一部分。

所述電漿蝕刻藉由使用電漿處理裝置來實施，該電漿處理裝置包括：腔室，其用以提供處理空間；載置台，其配置於所述處理空間，用於放置半導體基板；以及電漿電極，其配置用以產生電漿，以便於真空腔室中面對所述載置台，以上作為基本構件。

於此情況下，內部構件形成於腔室中，其用於對於處理腔室內產生的電漿的保護。所述內部構件包括：噴塗層，其藉由噴塗陶瓷材料而形成；表面熔融層，其藉由熔融所述噴塗層的所述表面的一部分而形成，並且由於粒子分佈的稠密化（densification）使其具有比噴塗層還高的強度，以增加耐電漿性。

為了形成所述表面熔融層，而熔融所述噴塗層的所述表面的一部分過程中，所述噴塗層中的孔隙消除，而增加所述噴塗層的密度。特別的是，隨著所述噴塗層的體積減少，微小的熱裂紋（thermal crack）會形成於其所述表面。因此，在所述電漿處理裝置中執行電漿蝕刻製程時，可能因所述熱裂紋處的侵蝕損傷而產生雜質，且可能會發生與載置臺上所放置的半導體基板的汙染有關的嚴重缺陷。 先行技術文獻 （專利文獻1）韓國公開公報第10-2009-0048114 （公開於2009年5月13日，Plasma etching chamber） （專利文獻2）韓國公開公報第10-2008-0102254 （公開於2008年11月24日，Method for manufacturing ceramic covering member for semiconductor processing apparatus）

本發明揭露內容提供一種電漿處理設備之內部構件的製造方法，以修補提供電漿處理空間的真空腔室的內部構件中細微地形成的熱裂紋。

本發明揭露內容亦提供電漿處理裝置之內部構件，其中細微地形成於提供電漿處理空間的真空腔室的內部構件中的熱裂紋得以被修補。

［技術方案］根據一實施例，一種用於電漿處理設備之內部構件的製造方法包含：使用第一陶瓷材料於真空腔室的內部部件上以形成噴塗層，所述真空腔室提供電漿處理空間；藉由熔融製程以熔融所述噴塗層的表面，而形成粒子分佈比所述噴塗層密集的表面熔融層；且使用第二陶瓷材料，以於所述表面熔融層的表面上形成表面修補層。

根據一實施例，所述第二陶瓷材料包含至少一成分與所述第一陶瓷材料相同。

根據一實施例，在執行所述熔融製程過程中，細溝槽形成於所述表面熔融層的表面上，而所述表面修補層填入所述細溝槽。

於此情況下，於形成表面修補層之後，從所述表面熔融層上將所述表面修補層中所述細溝槽裡的填入部分以外的剩餘部分移除。

於一實施例中，在導入所述熔融製程過程中，細溝槽形成於所述表面熔融層的表面上，而所述表面修補層藉由使用所述第二陶瓷材料依據氣溶沉積法（aerosol deposition method）而形成，所述第二陶瓷材料包括具有平均尺寸大於所述細溝槽但不大於其十倍的陶瓷粒子。

於一實施例中，所述表面修補層形成為具有約5至10微米（μm）的厚度。

於一實施例中，於形成所述表面熔融層之前，執行拋光製程以拋光所述噴塗層的所述表面。

於此情況下，執行所述拋光製程使得所述噴塗層的中央線之平均高度粗糙度控制為不大於約3微米，或是十點平均粗糙度控制為不大於約20微米。

於一實施例中，所述表面熔融層形成為具有約10至30微米的厚度。

根據另一示範性實施例，一種電漿處理設備之內部構件，包括：噴塗層，其藉由使用第一陶瓷材料於真空腔室的內部部件而形成，所述真空腔室用以提供電漿處理空間；表面熔融層，於所述噴塗層之上，所述表面熔融層具有比所述噴塗層還密集的粒子分佈，並包括形成於其表面的細溝槽；以及表面修補層，其藉由使用第二陶瓷材料於所述表面熔融層之上，以修補所述細溝槽。

於一實施例中，所述第二陶瓷材料包含至少一成分與所述第一陶瓷材料相同。

於一實施例中，其中所述表面修補層具有約5至10微米的厚度。

於一實施例中，其中所述表面熔融層具有約10至30微米的厚度。

於一實施例中，其中所述表面修補層可選地形成於所述細溝槽中。

根據本案之電漿處理設備之內部構件及其製造方法，形成有噴塗層，並且藉由熔融所述噴塗層的表面的一部分來形成表面熔融層，以保護提供電漿處理空間的真空腔室的內部部件隔離電漿，且表面修補層滲透並且填補在形成表面熔融層期間因熱裂紋而形成於所述表面熔融層的細溝槽。於此情況下，可實施氣溶沉積法以形成表面修補層。因此，能夠根本性地預防於電漿處理期間因侵蝕損傷而造成的雜質產生。

因此，根據本案可令使用以電漿處理的基板的半導體晶片或是顯示器裝置的製造良率，而且其品質亦能得到改善。

於下文中，電漿處理設備之內部構件以及其製造方法之特定實施例將會配合圖示參考而敘述。然而本發明可以其他不同形式來實施而不受到此處的實施例之限制。更明確地說，提供此些實施例可使本案揭露內容徹底以及完整，並完整傳達本發明範疇予熟習本技術領域之技術者。通篇內容中相同的標註符號意指相同的的元件。於圖式中，為了明確說明，層或區域的尺寸被擴大。

將可理解的是，即使用諸如第一、第二等詞語來形容多個元件，此些元件也不被這些詞語所限制。此些詞語僅用來區分一元件與另一元件。因此，於下文中提到的第一元件亦可名為第二元件而不會脫離本發明概念之教導內容。

此處使用之專有名詞，僅用於形容特定示範性實施例，且並不意圖性地限制本案之發明概念。如此處所述，單數詞一（a, an）以及該、所述（the）意圖性地包括多種形態，除非上下文有另外地明確指出。另外尚能夠被理解的是，當詞語「包含」（comprises, comprising）用於說明書中時，並不排除一或多個其他於其中的特徵、整數、步驟、操作、元件、成分，以及／或群組。

除非有另行定義，此處使用所有的詞語（包括技術與科學詞與）具有與所屬技術領域中熟習技術者所週知理解的有同樣涵義。另外將被進一步理解的是，普遍使用的字典所定義的詞語，應當被解釋為具有與相關領域語境有一致涵義，而不該解釋為理想化或是過度制式的意思，除非本文中有另行表示。

圖1為說明根據一示範性實施例之形成有內部構件的電漿處理設備之斷面圖圖示。

參照圖1，根據一示範性實施例，內部構件500可包含於電漿處理設備100中，並且形成於真空腔室200之內部部件，真空腔室200以高階真空狀態提供電漿處理空間210。

於此情況下，於電漿處理設備100中對基板10執行電漿製程。電漿處理設備100基本上包括：載置台300，其配置於電漿處理空間210中，用以放置基板10；以及電漿電極400，配置為面對置於載置台300上的基板10，以產生電漿。內部構件500可對應另一部件（如內壁、緩衝構造），該另一部件可位於真空腔室200中載置台300與電漿電極400以外的地方。基板10可包括製造半導體晶片用的半導體基板；或是製造顯示器裝置的玻璃基板。

內部構件500要求需要良好的耐電漿性，以於電漿處理空間210中隔離電漿保護真空腔室200的內部部件。下文參照圖2至圖6所示，將另外更詳細地敘述依據一示範性實施例而於內壁220上製造內部構件500的方法。

圖2至圖5為說明大體上形成圖1所示內部構件之方法的各個步驟之斷面圖圖示。圖6為圖5中A部分的放大圖圖示。

參照圖2，為了形成內部構件500，於作為真空腔室200的內部部件之一的內壁220上噴塗第一陶瓷材料以形成噴塗層600。所述第一陶瓷材料可為由氧化釔、釔鋁石榴石（YAG）、氧化鋁、氧化鋯、 以及包括週期表3a族一金屬的金屬氧化物所組成群組之單一材料或混和物。

噴塗層600較佳地可具有約為50至300微米（μm）的厚度（T1）。若噴塗層600的厚度（T1）小於約50微米，作為基材的內壁220在形成噴塗層600過程中可能受熱而損壞，且噴塗層600 在後續的表面熔融層700的形成製程過程中，因其過小的厚度可能容易由內壁220上分離。另一方面，若噴塗層600的厚度大於約300微米，則噴塗層600可能在後續的表面熔融層700的形成製程過程中，因其過大的厚度而極可能分離，且製程成本可能因過厚的厚度而增加。因此，噴塗層600的厚度（T1）可較佳地為約50至150微米。

就此形成的噴塗層600的表面上，形成多個粗糙細溝槽610，其具有約4至5微米的中心線平均高度粗糙度（Ra），以及約30至約40微米的十點平均粗糙度（Rz）。

參照圖3，噴塗層600的表面（包括形成於其上的粗溝槽610）可被拋光，以形成拋光表面620。噴塗層600的表面可被拋光成於幾乎整個噴塗層600的表面上形成後面詳述的表面熔融層700。其相關內容於下文中做說明。

參照圖4，可熔融拋光表面620的一部分，以形成表面熔融層700，表面熔融層700具有比噴塗層600還要密集的粒子分佈。更明確地說，表面熔融層700藉由以高溫加熱拋光表面620而形成。例如，表面熔融層可由火焰加熱、弧光照射、雷射照射、電子束加熱等的其中一者或是其組合而形成。表面熔融層700可具有相較於噴塗層600還高的強度，因此保護令內壁220可實質上防護電漿處理空間210中的電漿。

表面熔融層700較佳地可具有約10至30微米的厚度（T2）。若表面熔融層700的厚度（T2）小於約10微米，則此厚度過小，要在拋光表面620的整個區域上形成穩定的、均一的表面熔融層是困難的。另一方面，若表面熔融層700大於約30微米，則表面熔融層700太厚，容易從噴塗層600分離，且其形成的製程時間可能太長而並非所期望。表面熔融層700的厚度（T2）可藉由控制熔融溫度來達成，而控制熔融溫度藉由控制與用以高溫加熱之熱源的距離；或是藉由控制熱源的輸出功率來進行。

表面熔融層700的面積比可根據拋光表面620的表面粗糙度來決定，且關於其之敘述將附加地參照圖7至10以及表1來詳細說明。

圖8至圖10為掃描電子顯微鏡（SEM） 攝影照片，顯示藉拋光製程而具有受控制的表面粗糙度的表面熔融層。 [表1]

參照表1以及圖7於此情況中執行拋光製程以使拋光表面620具有約4微米至不大於約5微米的中央線平均高度粗糙度（Ra）；或是大於約30微米而不大於約40微米的十點平均粗糙度（Rz），表面熔融層700的實質面積比為小於約60%而不小於50%。因此，發現內部構件100不具有期望程度的耐電漿性特性。

參照表1以及圖8當執行拋光製程以使拋光表面620具有大於約3微米而不大於約4微米的中心線平均高度粗糙度（Ra）；或是大於約30微米至不大於35微米的十點平均粗糙度（Rz）時，表面熔融層700的實質的面積比小於約80%而不小於70%。因此，發現內部構件100不具有期望程度的耐電漿性特性。

另一方面，參照表1以及圖9、10，當執行拋光製程以使拋光表面620具有不大於約3微米的平均高度粗糙度（Ra）；或是不大於約20微米的十點平均粗糙度 （Rz）時，表面熔融層700的實質面積比不低於約90%，表面熔融層700形成於噴塗層600的幾乎整個區域。因此，內部構件100具有理想程度的耐電漿性特性，而內壁220可實質地防護阻隔電漿。因此較佳地，可執行所述拋光製程，使得拋光表面620可具有不超過約3微米的中央線平均高度粗糙度（Ra），或是不大於約20微米的十點平均粗糙度（Rz）。

此時，即使控制根據圖4形成的，用於表面熔融層700的厚度（T2）或是經拋光的表面620的表面粗糙度，在高溫加熱處理過程中，由於所述噴塗層中出現的孔隙自然減少，據此體積縮減而密度增加，因而伴隨著熱裂紋的表面熔融層700的表面上細溝槽710的形成，仍為不可避免。

參照圖5及圖6，為了修補缺陷，透過氣溶沉積法使用第二陶瓷材料，於表面熔融層700上形成表面修補層800。

更明確地說，表面修補層800可以氣溶沉積法形成。於氣溶沉積法中於真空下，使用所述第二陶瓷材料形成的陶瓷粒子與表面熔融層700高速碰撞以於表面熔融層700上形成具有高密度的表面修補層800。形成表面修補層800，使得所述陶瓷粒子可自然地滲入表面熔融層700的細溝槽710中，以填補細溝槽710。

因依照氣溶沉積法陶瓷粒子與所述表面熔融層700高速碰撞，具有不大於細溝槽710寬度10倍的陶瓷粒子可滲入並填補細溝槽710，因為陶瓷粒子在高速碰撞下會粉碎。例如，若細溝槽710的寬度不大於約1微米，則陶瓷粒子可具有不超過約10微米的尺寸。因此，細溝槽710可以具奈米尺寸的陶瓷材料來填補。此外，因而形成的表面修補層800可滲入細溝槽710至深約5微米。

此時，用於形成表面修補層的所述第二陶瓷材料，如同所述第一陶瓷材料，可為由氧化釔、釔鋁石榴石（YAG）、氧化鋁、氧化鋯、 以及包括週期表3a族一金屬的金屬氧化物所組成群組之單一材料或混和物。

所述第二陶瓷材料可使用至少一種成分相同於噴塗層600中所述第一陶瓷材料來形成，由於噴塗層600為表面熔融層700的基底，因此對於表面熔融層700具有良好的黏著性。例如，當使用YAG形成所述第一陶瓷材料時，則所述第二陶瓷材料可以氧化釔或是氧化鋁形成。

此外，表面修補層800可具有約5至約10微米的厚度（T3）。若表面修補層800的厚度（T3）小於約5微米，則均一的表面修補層無法形成於表面熔融層700之上，且若厚度（T3）大於約10微米時，則表面修補層800可能自表面熔融層700分離。

如上所述，提供電漿處理腔室210的真空腔室200中為了防護電漿，在內壁220上形成噴塗層600之後，而形成表面熔融層700時會有細溝槽710形成於表面熔融層700。於電漿處理期間，自伴隨著熱裂紋而形成的細溝槽710處因侵蝕損傷產生之雜質，可以藉由以氣溶沉積法形成表面修補層800以填補細溝槽710來得以避免。

因此，使用以電漿處理的基板10而製造的半導體晶片或顯示器裝置的良率可以提升，並且品質也能有所改善。

此時，用以填補以及修補細溝槽710的表面修補層800既已形成，因此可於執行形成表面修補層800之後，另外執行移除細溝槽中滲入部分以外的剩餘表面殘留物的製程。於一實施例中，移除表面殘留物可藉由拋光製程來執行。於該情形下，表面熔融層700的上表面而非表面修補層800曝露至電漿中。

表面熔融層700可透過化學結合形成，而表面修補層800可透過物理結合形成。因此，表面熔融層700在關於硬度與耐電漿性上具有較佳的特性。而表面修補層800在關於耐蝕性上具有較佳的特性。將表面修補層800細溝槽中的滲入部分之外剩下部分移除的拋光製程亦可視情況需求另外地執行。

例如，因表面修補層800可具有基本上比噴塗層600還好的耐電漿性，因此可於一般的電漿製程中不執行拋光製程。於此情況下，表面修補層800可連同表面熔融層700來加倍地、更安全地防護內壁220。

雖本發明已依特定實施例如上述般揭露，但並不受限於其內容。因此，熟習本技術領域技術者可容易理解到，在不脫離本案附錄專利範圍定義本案主旨以及範疇多樣的改型以及變更下，多樣的改型以及變更為可行的。

［產業利用性］如上所述，為了保護提供電漿處理空間的真空腔室的內部構件，在形成噴塗層以及藉由熔融噴塗層的一部分形成表面熔融層過程中，因熱裂紋使得細溝槽自然地且不可避免地形成於真空腔室的內部部件上的表面熔融層上，而藉著本案之氣溶沉積法得以將細溝槽填補。此方法可積極應用於防止因電漿而起的熱裂紋導致的細溝槽而引發的雜質之產生。

【主要元件符號說明】
10‧‧‧基板
100‧‧‧電漿處理設備
200‧‧‧真空腔室
210‧‧‧電漿處理空間
220‧‧‧內壁
300‧‧‧載置台
400‧‧‧電漿電極
500‧‧‧內部構件
600‧‧‧噴塗層
610‧‧‧粗糙細溝槽
620‧‧‧拋光表面
700‧‧‧表面熔融層
710‧‧‧細溝槽
800‧‧‧表面修補層
A‧‧‧放大部分
T1‧‧‧（噴塗層）厚度
T2‧‧‧（表面熔融層）厚度
T3‧‧‧（表面修補層）厚度

圖1為說明根據一示範性實施例之形成有內部構件的電漿處理設備之斷面圖圖示。

圖2至圖5為說明大體上形成圖1所示內部構件之方法的各個步驟之斷面圖圖示。

圖6為圖5中A部分的放大圖圖示。

圖7至圖10為掃描電子顯微鏡（SEM） 攝影照片，顯示藉拋光製程而具有受控制的表面粗糙度的表面熔融層。

220‧‧‧內壁

500‧‧‧內部構件

600‧‧‧噴塗層

700‧‧‧表面熔融層

710‧‧‧細溝槽

800‧‧‧表面修補層

Claims (14)

1. 一種電漿處理設備之內部構件的製造方法，其包含： 　　於真空腔室的內部部件上使用第一陶瓷材料形成噴塗層，所述真空腔室用以提供電漿處理空間； 　　藉由熔融製程以熔融所述噴塗層的表面，而形成粒子分佈比所述噴塗層還密集的表面熔融層；以及 　　於所述表面熔融層的表面上使用第二陶瓷材料形成表面修補層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理設備之內部構件的製造方法，其中所述第二陶瓷材料包含與所述第一陶瓷材料相同之至少一成分。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理設備之內部構件的製造方法，其中在執行所述熔融製程過程中，細溝槽形成於所述表面熔融層的表面上，而所述表面修補層填補所述細溝槽。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電漿處理設備之內部構件的製造方法，尚包含： 　　於形成所述表面修補層之後，將所述表面修補層中所述細溝槽裡的填入部分以外的剩餘部分移除。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理設備之內部構件的製造方法，其中在執行所述熔融製程過程中，細溝槽形成於所述表面熔融層的表面上；並且 　　以氣溶沉積法，使用所述第二陶瓷材料執行形成表面修補層，所述第二陶瓷材料包括具有平均尺寸大於所述細溝槽而不大於其十倍的陶瓷粒子。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理設備之內部構件的製造方法，其中所述表面修補層形成為具有約5至約10微米（μm）的厚度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理設備之內部構件的製造方法，其進一步包括： 　　於形成所述表面熔融層之前執行拋光製程，以拋光所述噴塗層的所述表面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電漿處理設備之內部構件的製造方法，其中執行所述拋光製程使得所述噴塗層的中央線之平均高度粗糙度控制為不大於約3微米，或是十點平均粗糙度控制為不大於約20微米。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電漿處理設備之內部構件的製造方法，其中所述表面熔融層形成為具有約10至約30微米的厚度。
10. 一種電漿處理設備之內部構件，包括： 　　噴塗層，其藉由使用第一陶瓷材料形成於真空腔室的內部部件中，所述真空腔室用以提供電漿處理空間； 　　表面熔融層，於所述噴塗層之上，所述表面熔融層具有比所述噴塗層還密集的粒子分佈，並包括形成於其表面的細溝槽；以及 　　表面修補層，其藉由使用第二陶瓷材料形成於所述表面熔融層之上，以修補所述細溝槽。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電漿處理設備之內部構件，其中所述第二陶瓷材料包含與所述第一陶瓷材料相同的至少一成分。
12. 如申請專利範圍第10項所述之電漿處理設備之內部構件，其中所述表面修補層具有約5至約10微米的厚度。
13. 如申請專利範圍第10項所述之電漿處理設備之內部構件，其中所述表面熔融層具有約10至約30微米的厚度。
14. 如申請專利範圍第10項所述之電漿處理設備之內部構件，其中所述表面修補層可選地形成於所述細溝槽中。