TW201900902A - 耐電漿塗層的氣膠沉積塗佈法 - Google Patents

Abstract

本發明是與耐電漿塗層的氣膠沉積塗佈法相關，更為具體的是在電漿蝕刻時，讓裝備內部在電漿環境中受到保護，使得金屬母材塗佈層的粗糙度降低，減少微粒的發生，且提高塗佈層與金屬母材的結合力。與此有關的耐電漿塗層的氣膠沉積塗佈法。

Description

耐電漿塗層的氣膠沉積塗佈法

本發明的耐電漿塗層的氣膠沉積塗佈法，與氣膠沉積塗佈法有關，使得電漿蝕刻時，裝備內部不受電漿影響，並降低金屬母材包衣層的粗糙度，使微粒較少發生，且提高塗佈層和金屬母材的結合力的氣膠沉積塗佈法。

半導體元件、顯示螢幕元件等積體電路元件，是在高密度電漿環境中實行蝕刻或化學氣相沈積 （Chemical Vapour Deposition，CVD） 塗層方法等來制造。因此，需使用具有耐電漿的配件進行高密度電漿環境的蝕刻裝置的組裝。

所述高密度電漿環境的蝕刻，以稀土氧化物、氮化鋁、矽氧化物等的陶瓷材料，以及陽極氧化塗層的金屬材料作為耐電漿配件。

但是小於20nm的線寬之最近制造的積體電路元件，需在更高密度的電漿環境下，實行蝕刻等工序。所以與所提及的單一氣膠沉積塗層膜或陽極氧化塗層的半導體裝備的配件相比，耐電漿性配件對耐電漿性和電氣絕緣性能的要求更高。

為了解決所述的問題，韓國公開專利公報第10-2013-0123821號（2013.11.13）對包含氣膠沉積塗層所形成的非晶質第1塗層膜以及氣膠沉積法所塗佈的第2塗層膜之兩塗層膜的耐電漿配件相關事項，做了技術方面的記載。

問題是雖然對上述的耐電漿性配件進行持續的開發，但對半導體制造工藝、腐蝕性氣體或利用電漿工藝中，塗佈層和母材的結合力不足、母材的腐蝕導致產生微粒等的技術領域，仍要求持續的開發。 ＜專利文獻＞

（專利文獻0001）韓國公開專利公報 第10-2013-0123821號（2013.11.13）

＜發明宗旨＞

本發明的宗旨是電漿蝕刻時，保護裝備內部免受電漿損壞，且降低母材塗佈層的粗糙度和微粒的產生。還為了提高塗佈層與金屬母材的結合力，而提供耐電漿塗層所需的氣膠沉積塗佈法。

＜發明方案＞

為了達到上述的目的，本發明提供耐電漿塗層之氣膠沉積塗佈法，其中所述之氣膠沉積塗佈法包含以下步驟（a）金屬母材去除雜質以後，使所述金屬母材的表面粗糙度Ra的值達到10µm以內，對金屬母材的表面進行鏡面精加工的步驟；（b）所述金屬母材對著塗佈噴嘴固定的步驟；以及（c）利用塗佈噴嘴進氣、進塗佈粉末，噴射在所述金屬母材上面，形成塗佈層的步驟。

本發明所述的金屬母材有可能是選自鋁（Al）、不銹鋼（SUS）或其組合，在所述（a）步驟中，加入對表面鏡面精加工的金屬母材進行洗滌的步驟，所述（b）步驟也包括將上述氣膠沉積裝備的調壓室內部調到真空狀態。

另外，本發明所述的噴塗粉末有可能是選自由氧化物、氟化物、氮化物、氧化釔（Y₂ O₃ ）、鋁氧化物（Al₂ O₃ ）所組成的群中之一或多種；上述（c）步驟所形成的塗佈層厚度在0.1到200µm左右，上述（c）步驟包括對塗佈的金屬母材，進行表面洗滌的步驟。

本發明之另一態樣，是提供按照上述記載的方法形成的耐電漿塗佈層。

＜發明效果＞

按照本發明之耐電漿塗層的氣膠沉積塗佈法，耐電漿性材料在金屬母材上面形成塗佈層，於電漿蝕刻發生的電漿環境中，可保護裝備的內部。金屬母材上的塗佈層，隨粗糙度降低，微粒的發生也得到降低的效果。而且熱衝擊導致的塗佈層與金屬母材的結合力也得到提升的效果。

除非另外定義，否則本說明書中使用的所有技術、科學術語與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解之內容一致之內容。一般，本說明書中使用的命名法，使用了本技術領域中廣為人知的通常的名稱。

通篇說明書中，除非另外有相反的記載，否則，對某個部分進行說明的時候，有“包括”某個組成部分，並非意味排除其他組成元件，而是意味還包括其他組成元件。

本發明是有關於提供本發明之耐電漿塗層之氣膠沉積塗佈法，其中所述之氣膠沉積塗佈法包含以下步驟（a）金屬母材去除雜質以後，使所述金屬母材的表面粗糙度Ra的值達到10µm以內，對金屬母材的表面進行鏡面精加工的步驟；（b）所述金屬母材對著塗佈噴嘴固定的步驟；以及（c）利用塗佈噴嘴進氣、進塗佈粉末，噴射在所述金屬母材上面，形成塗佈層的步驟。

以下本發明以圖1具體說明各步驟的內容。圖1顯示氣膠沉積塗佈大致的內容。

按照本發明，有關耐電漿塗層的氣膠沉積塗佈法包含（a）金屬母材去除雜質以後，使上述金屬母材（10）的表面粗糙度Ra的值達到10µm以內，對金屬母材的表面（20）進行鏡面精加工的步驟。

而且上述金屬母材（10）可使用選自鋁（Al）、不銹鋼（SUS）或其組合，且不限於此。

此時，不是金屬的非金屬作為母材的時候，因塗佈的塗佈層厚度有限，所以不易形成塗佈層，塗佈層和母材之間的結合力也降低，且因熱衝擊導致塗佈層和母材出現分離現象。

並且，在金屬母材表面的粗糙度較高的狀態下，氣膠沉積塗佈層形成時，所形成的塗佈層（30）表面的粗糙度變高，出現電漿蝕刻中產生微粒的問題，所以金屬母材（10）的表面需進行上述鏡面精加工。

此時，上述表面（20）的表面粗糙度值之一的Ra值為10µm以內最為理想。

Ra值為10µm以內，氣膠沉積塗層的表面粗糙度（Ra）變大，相對的黏合力變低。即所形成的塗佈層厚度不夠一致，將引起厚度偏差帶來的剝離現象，其結果是利用腐蝕性氣體或電漿的工藝中，發生剝離現象，導致產品受損或裝備壽命縮短問題。

並且，上述鏡面精加工是為了金屬母材（10）的表面（20）達到光滑，鏡面精加工方法有研磨（lapping）、磨光（polishing）、化學機械拋光（chemical mechanical polishing，CMP）、磨削、研磨、切削、機械加工等，對此無限制。

並且，上述（a）步驟中表面經鏡面精加工後的金屬母材，還需包括洗滌的步驟，上述洗滌可利用空氣、水、溶劑等，去除上述金屬母材的汙染物、雜質、灰塵等，以通常的方法進行洗滌。

接著，上述（b）步驟是金屬母材正對著氣膠沉積塗佈裝備的塗佈噴嘴（50）固定的步驟，上述鏡面精加工過的表面（20）面向上述塗佈噴嘴（50）固定，以便於實施氣膠沉積塗佈。

並且，如上所述，金屬母材固定在氣膠沉積塗佈裝備上，上述氣膠沉積塗佈裝備的調壓室，也可以調到真空狀態。使其氣膠調壓室和塗佈調壓室之間產生壓差，此時的調壓室內部溫度也可以達到常溫。

於上述噴霧劑調壓室內，注入氣體和塗層粉末以完成金屬母材的氣膠沉積的準備。上述的輸送氣體可使用非活性氣體，可以選自由在He、Ne、Ar以及N₂ 組成的群中之一或多種；但不限於此。

並且，上述塗佈粉末為選自由氧化物、氟化物、氮化物、氧化釔（Y₂ O₃ ）、鋁氧化物（Al₂ O₃ ）組成的群中之一或多種；但不限於此。

並且，上述（c）步驟是利用塗佈噴嘴（50），將上述輸送氣體和塗佈粉末（40）噴射在上述金屬母材的上面，並形成塗佈層（30）的步驟。

此時，上述塗佈層（30）的厚度為1-200µm左右，在上述塗佈層的厚度在1µm以內的情況下，裝備內部起到耐電漿的保護效果就會降低。在上述塗佈層的厚度在200µm以上的情況下，經濟性降低。並且上述塗佈層（30）厚度最為理想的是在1-100µm左右。

並且，（c）步驟以後經塗佈的金屬母材，還需進行洗滌的步驟，洗滌方法可使用與在（a）步驟中，鏡面精加工後實行的洗滌方法相同的方法。

因此，依據本發明氣膠沉積塗佈法的耐電漿塗層，為在金屬母材（10）上部所形成的塗佈層（30），其形成較低的表面粗糙度，較少出現因電漿引起的微粒，可達到裝備內部的保護作用。

另外，本發明還可以提供按照上述記載的方法形成的耐電漿塗佈層。

以下，本發明按照實施例為更具體之說明。但下列所實行的示例，只是對發明的示例而已，本發明的內容，不因下列實施例而受到限制。

《實施例1》

首先，在常溫真空環境的氣膠沉積塗佈裝備的調壓室內，利用粉末振動用的振動器，使約平均30µm粒度的氧化釔氣膠化。然後利用氣膠調壓室和塗佈調壓室間的壓差，氣膠化的氧化釔粉末，與輸送氣體（N₂ ）一起，以300-350 m/s的速度，在表面粗糙度（Ra）為10µm左右之經鏡面精加工的鋁母材上面，產生物理撞擊，並形成高密度氧化釔塗佈層。

《比較例1-4》

母材在比較例1是以氧化鋁（Al₂ O₃ ），比較例2是以矽晶圓（Si wafer），比較例3是以鋁陽極氧化層（anodizing layer），比較例4是以石英（quartz）來操作，除此之外，都是以同樣的方法形成塗佈層。

《試驗例1》塗佈層厚度、塗佈沉積量、粗糙度、均一性的測定

以Mitutoyo公司的粗度（Ra）測儀表（series）測定實施例1和比較例1-4所形成的塗佈層厚度；有關塗佈沉積量、塗佈均一性、粗糙度（Ra），利用接觸式及非接觸式測定儀（mitutoyo粗度測定儀）進行測定；關於硬度（Hardness）利用硬度儀（維克斯硬度儀）進行測定，上述測試進行5次以上，其結果如下表1所示。 表 1

上述表1，所謂可形成的塗佈層，是指在母材上累計實行數次氣膠沉積塗佈，塗佈時可出現剝離現象的塗佈層厚度，塗佈均一性是指塗佈後，在塗佈面，隨位置的厚度偏差。

上述表1顯示，鋁作為母材的實施例1是氣膠塗佈時，1次（pass）塗佈的塗佈沉積量為至少在0.5 µm到1 µm左右厚度的沉積；氣膠塗佈累計反復進行的結果，可形成的塗佈層厚度，將顯示為100 µm以上。

與此相反，使用非金屬母材的比較例1至比較例4，氣膠塗佈的1次（pass）塗佈的塗佈沉積量為至少在0.1µm最大到1µm的厚度的沉積，氣膠塗佈累計反復進行的結果，可形成的塗佈層約有10到30µm以內厚度，與塗佈層實施例1相比，明顯不易形成塗佈層。

由此，氣膠沉積塗佈以物理沉積，非金屬類母材出現塗佈層剝離，可知塗佈層形成較難。尤其是陶瓷類母材的硬度，或強度越強的母材，塗佈粉末（powder）相對不易形成塗佈層。

此外，塗佈層表面的粗糙度，與母材表面的粗糙度一致，都顯示為10µm以內，塗佈層硬度也是，不分母材的種類，都顯示超過300Hv。塗佈均一性方面，經確認隨表面位置，其厚度偏差在90~110%以內，比較均勻。

並且，關於上述實施例1以及比較例1到比較例4，黏合性與如圖2所示相關。

圖2是1 µm/pass左右的成膜率，顯示形成10~20µm厚度的實施例1以及比較例1到比較例4的實施圖形。如圖2所示，可確認金屬母材上的氣膠沉積塗佈的情況，黏合力較為優秀，此外，在非金屬母材的情況下，塗佈層和母材之間出現剝離。

《試驗例2》實施例1的Ra所分包衣層厚度變化之測定

鋁母材粗糙度，以表2實行不同粗糙度的氣膠塗佈，以與上述試驗1同樣的方法按照不同Ra所形成的塗佈層厚度進行測定，其結果如表2及圖3所示。 表 2

如上表2所示，金屬母材的粗糙度在10 µm以內的時候，可形成的塗佈層厚度在100 µm以上，而且塗層較均一地形成，若是金屬母材的粗糙度大於10µm時，塗佈層就會出現剝離現象，因此塗佈層不完全地形成，導致無法測定其塗佈層的厚度。於此，當上述剝離現象發生在塗佈的初期時，會形成不均一的塗佈層；當上述剝離現象發生在塗佈過程中時，會出現剝離現象。

並且，圖3所示，粗糙度在低於10µm的時候，塗層厚度在20µm左右，塗佈層較均一形成。粗糙度在大於10µm的時候，母材表面不夠光滑，塗佈初期起可確認到不均一的塗佈層。

《試驗例3》熱衝擊之測定

實施例1以及比較例1相關，塗佈層形成厚度在20µm以內，然後測定熱衝擊（thermal shock）如圖4所示，從0℃調到200℃或300℃，然後在各溫度維持1個小時後速凍，測定其熱衝擊結果，其結果如圖5所示。

圖5是實施例1（金屬，Al）以及比較例3（非金屬，陽極氧化層）的熱衝擊測定結果的圖示。如圖5所示，在實施例1的情況下，熱衝擊測定循環進行了54次，也沒有出現塗佈層的剝離現象。在比較例3的情況下，熱衝擊測定循環進行2次的時候起，就有部分出現塗佈層剝離現象，當循環8次的時候，可以確認大部分的塗佈層出現剝離現象。

以上，對本發明內容的特定部分作了詳細的記載，不表示本發明受限於圖片中之示例，而是對相關領域中具有通常知識者而言，這些具體的記述，是想說明較理想的實施態樣，相關領域中具有通常知識者可理解這並不是在限制本發明的範圍。因此本發明的實際上的範圍，應按照附加的申請專利範圍及其均等物來做定義。

10‧‧‧金屬母材

20‧‧‧表面

30‧‧‧塗佈層

40‧‧‧塗佈粉末

50‧‧‧塗佈噴嘴

圖1顯示氣膠沉積塗佈大致的內容。

圖2是實施例1以及比較例1至比較例4的塗佈層黏合力之圖像。

圖3是鋁母材的粗糙度而異，其塗佈層的SEM圖片。

圖4是實施例1以及比較例1的熱衝擊測定條件之圖表。

圖5是實施例1以及比較例1的熱衝擊測定結果之圖像。

Claims (8)

1. 一種耐電漿塗層之氣膠沉積塗佈法，其包含以下步驟： （a）一金屬母材去除雜質以後，使該金屬母材的表面粗糙度Ra的值達到10µm以內，對該金屬母材的表面進行一鏡面精加工的步驟； （b）將該金屬母材對著一塗佈噴嘴固定的步驟； （c）利用該塗佈噴嘴進氣、進一塗佈粉末，噴射在該金屬母材上面，形成一塗佈層的步驟。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣膠沉積塗佈法，其中該金屬母材係選自鋁（Al）、不銹鋼（SUS）或其組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣膠沉積塗佈法，其中在（a）步驟中，進一步包含對經該鏡面精加工的該金屬母材之表面洗滌之步驟。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣膠沉積塗佈法，其中在（b）步驟中，進一步包括將一氣膠沉積塗佈裝備之調壓室內部調試到真空狀態的步驟。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氣膠沉積塗佈法，其中該塗佈粉末為選自由氧化物、 氟化物、氮化物、氧化釔（Y₂ O₃ ）、鋁氧化物（Al₂ O₃ ）組成的群中之一或多種。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氣膠沉積塗佈法，其中在（c）步驟中，所形成的該塗佈層厚度為在0.1至200µm以內。
7. 如申請專利範圍第1項所述之氣膠沉積塗佈法，其中在（c）步驟中，進一步包含對經塗佈的該金屬母材之表面洗滌之步驟。
8. 一種耐電漿塗佈層，其係利用如申請專利範圍第1項至第7項中之任一項所述之氣膠沉積塗佈法所形成。