TW202126836A - 在零部件上形成耐等離子體塗層的方法、裝置及零部件和等離子體處理裝置 - Google Patents

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Abstract

一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法、形成塗層的裝置、零部件和處理裝置。形成塗層的裝置包括：真空腔；第一塗覆材料源、第二塗覆材料源和零部件，位於真空腔內；第一塗覆材料源包含氧原子和釔原子；第二塗覆材料源包括釔氟化合物，鋁氧化合物或鋯氧化合物中的一種；第一激發裝置，用於激發出第一塗覆材料源內的釔原子和氧原子；第二激發裝置，用於激發出第二塗覆材料源內的原子；所述第一塗覆材料源內激發出的釔原子和氧原子與第二塗覆材料源內激發出的原子之間發生化學反應在零部件上形成包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物的耐等離子體塗層。利用所述裝置形成的塗層耐等離子體腐蝕的能力較強。

Description

在零部件上形成耐等離子體塗層的方法、裝置及零部件和等離子體處理裝置
本發明涉及半導體的技術領域，尤其涉及一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法、裝置及零部件和等離子體處理裝置。
等離子體蝕刻製程在積體電路領域發揮了關鍵作用。對處於等離子體蝕刻腔室內惡劣腐蝕環境下的部件來說，需要具有相當高的耐等離子體腐蝕性。為此，有專利提出用氧化釔或氟化釔耐等離子體塗層對等離子體蝕刻腔室內部部件表面塗覆以保護工件，產生了良好的耐等離子體腐蝕的效果。但是隨著半導體高端製程（10nm以下）的不斷進步，等離子體蝕刻製程中使用F/O等離子體的比例不斷提高，等離子體蝕刻性能不斷加強，同時就要求與等離子體接觸的部件具有：1、更高的表面緻密性，能同時耐CF4 和/或O2 等離子體腐蝕，並且材料結構儘量不發生改變，保持腔體蝕刻環境的穩定性。2、更短的表面初始化時間，更長的服役壽命以降低腔體維護成本。
針對上述需求，氧化釔與氟化釔的保護作用有限，無法進一步滿足實際需求，那麼如何提供一種能同時耐CF4 和O2 等離子體腐蝕，服役壽命長，且表面緻密性高，能保持腔體蝕刻環境的穩定性的耐等離子體塗層材料，成為進一步提高等離子體蝕刻性能的重要發展方向。
本發明解決的技術問題是提供了一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法、在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置、零部件和等離子體處理裝置，以降低耐等離子體塗層被等離子體腐蝕，提高等離子體蝕刻環境的穩定性。
為解決上述技術問題，本發明提供一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，包括：真空腔；第一塗覆材料源、第二塗覆材料源和零部件，位於所述真空腔內；所述第一塗覆材料源包含氧原子和釔原子，第二塗覆材料源包括釔氟化合物，鋁氧化合物或鋯氧化合物中的一種；所述零部件與第一塗覆材料源和第二塗覆材料源相對設置；第一激發裝置，用於激發出第一塗覆材料源內的釔原子和氧原子；第二激發裝置，用於激發出第二塗覆材料源內的原子；第一塗覆材料源內激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源內激發出的原子之間發生碰撞，發生化學反應並在零部件上沉積形成耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
較佳地，所述第一塗覆材料源為Y2 O3 、Y(OH)3 以及在高溫下分解產物為Y2 O3 的化合物。
較佳地，所述釔氟化合物為YF3 、Y(CO3 )F以及在高溫下分解產物為YF3 的化合物，所述耐等離子體塗層包括的釔基氧氟化物為釔氧氟化合物；所述穩定相的釔氧氟化合物包括YOF、Y5 O4 F7 、Y6 O5 F8 、Y7 O6 F9 或者Y17 O14 F23 中的至少一種。
較佳地，所述鋁氧化合物包括氧化鋁、氫氧化鋁、薄水鋁石或擬薄水綠石，所述耐等離子體塗層包括的釔基多元金屬氧化物為釔鋁氧化物，所述釔鋁氧化物包括：Y3 Al5 O12 、YAlO3 或者Y4 Al2 O9 。
較佳地，所述鋯氧化合物包括氧化鋯或氫氧化鋯，所述耐等離子體塗層包括的釔基多元金屬氧化物為釔鋯氧化物，所述釔鋯氧化物包括：Zra Y1-a O2 (0.5＜a＜1)：。
較佳地，所述第二塗覆材料源為鋁氧化合物或鋯氧化合物，所述耐等離子體塗層的裝置還包括：第三塗覆材料源，所述第三塗覆材料源含氟化合物、鋁氧化合物或鋯氧化合物，且所述第三塗覆材料源的材料與第二塗覆材料的材料不同；第三激發裝置，用於激發出第三塗覆材料源內的原子，第一塗覆材料源激發出的釔原子和氧原子與第二塗覆材料源和第三塗覆材料源激發出的原子之間發生化學反應形成的耐等離子體塗層為釔基氧氟化合物或者釔基多元金屬氧化物，所述釔基氧氟化合物包括釔鋁氟氧化物或釔鋯氟氧化物，所述釔基多元金屬氧化物包括：釔鋁鋯氧化物。
較佳地，所述第一激發裝置、第二激發裝置或第三激發裝置為等離子體轟擊裝置，所述等離子體轟擊裝置所產生的等離子體包括氬離子和氧離子中的至少一種。
較佳地，所述第一激發裝置、第二激發裝置或第三激發裝置為電子槍加熱器、電阻加熱器、鐳射加熱器、射頻感應加熱器中的至少一種。
較佳地，所述耐等離子體塗層僅包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
較佳地，所述耐等離子體塗層還包括：金屬氧化物和/或金屬氟化物。
本發明提供一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，包括下列步驟：提供上述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置；利用所述第一激發裝置對第一塗覆材料源進行第一激發製程，使所述第一塗覆材料源內的釔原子和氧原子被激發出來，同時，利用所述第二激發裝置對第二塗覆材料源進行第二激發製程，使所述第二塗覆材料源內的原子被激發出來；第一塗覆材料源激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源激發出的原子之間發生碰撞發生化學反應，並在零部件上沉積形成耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
較佳地，所述第一激發製程和第二激發製程分別為離子濺射製程和高溫蒸發製程中的一種。
較佳地，當所述第一激發製程和/或第二激發製程為離子濺射製程時，所述第一激發裝置和/或第二激發裝置為等離子體轟擊裝置，所述等離子體轟擊裝置所產生的等離子體包括：氬離子和氧離子中的至少一種。
較佳地，當所述第一激發製程和/或第二激發製程為高溫蒸發製程時，所述第一激發裝置和/或第二激發裝置為電子槍加熱器、電阻絲加熱器、鐳射加熱器和射頻感應加熱器中的至少一種。
較佳地，所述第一激發製程和第二激發製程均為離子濺射製程；所述第一激發製程的參數包括：等離子體為氬離子，轟擊能量為5千瓦~20千瓦；所述第二激發製程的參數包括：等離子體為氬離子，轟擊能量為5千瓦~20千瓦。
較佳地，所述第一激發製程和第二激發製程均為高溫蒸發製程；所述第一激發製程的參數包括：溫度為大於2400攝氏度；所述第二激發製程的參數包括：溫度為大於1400攝氏度。
較佳地，還包括下列步驟：對所述零部件進行加熱，使所述釔原子、氧原子和金屬原子之間或者所述釔原子、氧原子、金屬原子和氟原子之間發生碰撞發生化學反應並在零部件上沉積形成穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
較佳地，對所述零部件進行加熱的溫度範圍為：25攝氏度～500攝氏度。
相應的，本發明還提供一種零部件，包括：零部件本體所述零部件上具有耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
相應的，本發明還提供一種包含上述的零部件的等離子體處理裝置，包括：反應腔，所述反應腔內為等離子體環境；零部件，位於所述反應腔內，具有耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物，所述耐等離子體塗層暴露於所述等離子體環境內。
較佳地，當等離子體處理裝置為電感耦合等離子體處理裝置時，所述零部件包括：陶瓷板、內襯套、氣體噴嘴、氣體分配板、氣管法蘭、靜電吸盤組件、覆蓋環、聚焦環、絕緣環和襯底固持框中的至少一種。
較佳地，當等離子體處理裝置為電容耦合等離子體處理裝置時，所述零部件包括：噴淋頭、上接地環、移動環、氣體分配板、氣體緩衝板、靜電吸盤組件、下接地環、覆蓋環、聚焦環、絕緣環和襯底固持框中的至少一種。
與習知技術相比，本發明實施例的技術方案具有以下有益效果： 本發明技術方案提供的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法中，利用所述第一激發裝置對第一塗覆材料源進行第一激發製程，使所述第一塗覆材料源內的釔原子和氧原子被激發出來，同時，利用所述第二激發裝置對第二塗覆材料源進行第二激發製程，使所述第二塗覆材料源內原子被激發出來，第一塗覆材料源內激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源激發出的原子之間發生碰撞發生化學反應，並在零部件上沉積形成耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。當零部件暴露在含氧和/或氟的等離子體環境中時，由於所述釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物具有穩定的相結構，使得所述釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物能夠阻止等離子體中的氧和氟在耐等離子體塗層表面的吸附、擴散和進一步腐蝕，一方面有利於降低耐等離子體塗層被腐蝕的概率，另一方面有利於縮短耐等離子體塗層在等離子體環境中達到飽和狀態的時間，維持腔體中氧等離子體和氟等離子體環境的穩定性。
正如背景技術所述，氧化釔與氟化釔對零部件上的保護作用有限，無法滿足實際需求，尤其無法同時耐CF4 和O2 等離子體腐蝕。為此，本發明致力於提供一種能滿足等離子體腐蝕的零部件耐等離子體塗層，以下進行詳細說明：
圖1為一種採用離子濺射技術在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置示意圖。
參考圖1，真空腔100；位於所述真空腔100內的Yx Oy Fz 靶材101和零部件102，所述Yx Oy Fz 靶材101和零部件102相對設置；位於所述真空腔100內的等離子體轟擊裝置103，用於轟擊Yx Oy Fz 靶材101以產生釔原子、氧原子和氟原子，轟擊出的釔原子、氧原子和氟原子在Yx Oy Fz 靶材101表面沉積形成耐等離子體塗層11。
利用上述裝置中的等離子體轟擊裝置103中氬等離子體轟擊Yx Oy Fz 靶材101表面，使Yx Oy Fz 靶材101中的釔原子、氧原子和氟原子被轟擊出來，轟擊出來的釔原子、氧原子和氟原子在Yx Oy Fz 靶材101表面沉積形成耐等離子體塗層11。
理論上，所述耐等離子體塗層11的成分和物相應與Yx Oy Fz 靶材101保持一致，然而，實際上發明人發現，在激發的過程中，Yx Oy Fz （約1000o C）會分解形成Y2 O3 和YF3 兩種物相。並且，YF3 (熔點1387oC )熔點遠遠低於Y2 O3 （熔點2410o C），使得YF3 中釔原子和氟原子被激發出來時，Y2 O3 中的釔原子和氧原子未被激發出來。當Yx Oy Fz 被消耗掉部分，本領域技術人員通常就會認為形成的耐等離子體塗層11為YOF，但實際上，耐等離子體塗層11可能僅為YF3 。當將耐等離子體塗層11為YF3 耐等離子體塗層的零部件應用於等離子體環境中，YF3 容易吸附等離子體環境中的氧，並且需要較長時間消耗大量的氧等離子體才能使耐等離子體塗層表面達到飽和，大大增加了等離子體處理裝置的運行成本。另外，由於YF3 吸附等離子體環境中的氧，使等離子體環境的穩定性較差。
圖2為另一種採用高溫蒸發製程在零部件上高溫蒸發形成耐等離子體塗層的裝置示意圖。
參考圖2，真空腔200；位於真空腔200內的Y2 O3 源201；氟源供應部204，用於向所述真空腔200內供應氟原子；與Y2 O3 源201相對的零部件202；位於所述真空腔200內的電子槍203用於對Y2 O3 源201進行加熱，使Y2 O3 源201中的釔原子和氧原子被激發出來，釔原子、氧原子和氟原子在零部件202表面形成耐等離子體塗層21。
利用上述裝置通過高溫蒸發製程在零部件202表面的過程中，發明人發現：由於電離化的F原子能量較低，與Y2 O3 原子、分子的碰撞不足以發生化學反應，所以所述耐等離子體塗層21實際上大部分仍為Y2 O3 膜層，而僅在Y2 O3 膜層的表面物理吸附少量的氟原子（原子百分比8%左右），沒有形成穩定的YOF物相。而當包含所述耐等離子體塗層21的零部件應用於等離子體環境中，Y2 O3 膜層容易被吸附的氟等離子體腐蝕，並且，需要通過長時間消耗大量的含氟等離子體才能使耐等離子體塗層表面達到飽和，大大增加了等離子體處理裝置的運行成本。另外，Y2 O3 膜層吸附等離子體環境中的氟等離子體，使得等離子體環境中的氟發生變化，即：等離子體環境的穩定性較差。
綜上，通過上述裝置在零部件上都無法形成包含具有穩定相結構的氟氧釔化合物耐等離子體塗層，當上述耐等離子體塗層應用於等離子體環境中，都易吸附等離子體中的氧或氟。因此，上述耐等離子體塗層無法同時滿足氟和氧的抗等離子體腐蝕、降低等離子體處理裝置中等離子體環境達到穩定的執行時間和提高蝕刻腔體環境的穩定性的要求。
為解決上述技術問題，本發明技術方案提供一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，包括：真空腔；第一塗覆材料源、第二塗覆材料源和零部件，位於所述真空腔內，所述第一塗覆材料源包含氧原子和釔原子，第二塗覆材料源包含金屬原子，所述第二塗覆材料源還包括：氧原子和氟原子中的一種，所述零部件與第一塗覆材料源和第二塗覆材料源相對設置；第一激發裝置，用於激發出第一塗覆材料源內的釔原子和氧原子；第二激發裝置，用於激發出第二塗覆材料源內的原子，第一塗覆材料源激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源內激發出的原子之間發生碰撞發生化學反應，在零部件上沉積形成耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。利用所述裝置形成的耐等離子體塗層應用於等離子體環境中，有利於降低耐等離子體塗層被等離子體腐蝕，提高蝕刻腔體環境的穩定性。
為使本發明的上述目的、特徵和有益效果能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
圖3是本發明一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置示意圖。
參考圖3，真空腔300；第一塗覆材料源301、第二塗覆材料源302和零部件303，位於所述真空腔300內；所述第一塗覆材料源301包含氧原子和釔原子；第二塗覆材料源302包括釔氟化合物，鋁氧化合物或鋯氧化合物中的一種；所述零部件303與第一塗覆材料源301和第二塗覆材料源302相對設置；第一激發裝置304，用於激發出第一塗覆材料源301內的釔原子和氧原子；第二激發裝置305，用於激發出第二塗覆材料源302內的原子；所述第一塗覆材料源301激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源激發出的原子之間發生碰撞，在零部件303表面發生化學反應形成耐等離子體塗層31，所述耐等離子體塗層31包括穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
在本實施例中，所述穩定相的釔基氧氟化物為釔氧氟化合物時，所述第一塗覆材料源301包含氧原子和釔原子，第二塗覆材料源302為釔氟化合物，這樣選擇的意義在於：第一塗覆材料源301中包含氧原子和釔原子，使得第一塗覆材料源301品質較大，所述第二塗覆材料源302為包含氟原子和釔原子的化合物時，一方面不會引入污染源。另一方面，使得所述第二塗覆材料源302的品質與第一塗覆材料源302的品質相當，那麼，當第一塗覆材料源301中的釔原子和氧原子、與氟原子和釔原子發生碰撞時，氟原子和釔原子、以及釔原子和氧原子均不會被彈回。因此，有利於釔原子和氧原子、與氟原子和釔原子發生化學反應，有利於形成穩定相的氧氟化合物。
在本實施例中，所述第一塗覆材料源301的材料為Y2 O3 ，所述第二塗覆材料源302的材料為YF3 。
在其他實施例中，所述第一塗覆材料源的材料包括：Y(OH)3 以及在高溫下分解產物為Y2 O3 的化合物；所述第二塗覆材料源為Y(CO3 )F以及在高溫下分解產物為YF3 的化合物。
在本實施例中，所述第一激發裝置304和第二激發裝置305均為等離子體轟擊裝置，所述等離子體轟擊裝置所產生的等離子體為氬等離子體。
在其他實施例中，所述等離子體為氬離子和氧離子的混合離子或者氧離子。
在本實施例中，所述第一激發裝置(等離子體轟擊裝置)304用於對第一塗覆材料源301進行轟擊，使所述第一塗覆材料源301內的釔原子和氧原子被激發出來，所述第二激發裝置(等離子體轟擊裝置)305用於對第二塗覆材料源302進行轟擊，使所述第二塗覆材料源302內的釔原子和氟原子被激發出來，激發出的所述釔原子、氧原子和氟原子之間發生碰撞，在零部件303表面發生化學反應形成耐等離子體塗層31，所述耐等離子體塗層31包括穩定相的釔氧氟化合物。當零部件31暴露在含氧和/或氟的等離子體環境中時，由於所述穩定相的釔氧氟化合物是通過化學反應形成的，釔氧氟化合物具有穩定的相結構，釔原子、氧原子和氟原子之間通過化學鍵連接，而非氟原子或氧原子簡單的吸附於氧化釔或氟化釔的表面，使得耐等離子體塗層31在暴露於氟和氧等離子體環境中時，更容易保持結構穩定性；同時由於所述穩定相的釔氧氟化合物中氧元素和氟元素濃度量相對較高（以YOF為例，F和O的摩爾原子百分比高達33%），使得穩定相的釔氧氟化合物對等離子體環境中的氧和/氟等離子體的吸附、擴散和進一步腐蝕較少，一方面使得耐等離子體塗層31保持穩定；另一方面使得蝕刻環境中氟和氧等離子體保持穩定，有利於提高等離子體處理裝置對晶片蝕刻的穩定性。
在本實施例中，所述穩定相的釔氧氟化合物的材料包括：YOF、Y5 O4 F7 、Y6 O5 F8 、Y7 O6 F9 或者Y17 O14 F23 中的至少一種。
在一個實施例中，所述耐等離子體塗層31僅包括穩定相的釔氧氟化合物。
在另一實施例中，所述耐等離子體塗層31還包括：位於所述零部件303表面的氧化釔層，所述穩定相的釔氧氟化合物位於氧化釔層的表面；位於所述穩定相的釔氧氟化合物表面的氟化釔層。所述穩定相的釔氧氟化合物的表面具有氟化釔層，由於氟化釔層中氟原子的含量較穩定相的釔氧氟化合物中氟原子的含量更高。因此，有利於進一步降低等離子體環境中氟在耐等離子體塗層31表面的吸附、擴散和進一步腐蝕，適用於蝕刻環境中F/O比例更高的製程，例如具有高深寬比的記憶體件的製程。
在其他實施例中，所述耐等離子體塗層還包括：位於所述零部件表面的氟化釔層，所述穩定相的釔氧氟化合物位於氟化釔層的表面；位於所述穩定相的釔氧氟化合物表面的氧化釔層。
當等離子體環境中的氟等離子體較多時，所述耐等離子體塗層的最外層為氟化釔；當等離子體環境中的氧等離子體較多時，所述耐等離子體塗層的最外層為氧化釔。
在其他實施例中，所述第二塗覆材料源為鋁氧化合物，相應的，形成的耐等離子體塗層包括穩定相的釔基多元金屬氧化物，所述穩定相的釔基多元金屬氧化物為釔鋁氧化物；或者，所述第二塗覆材料源為鋯氧化合物，相應的，形成的耐等離子體塗層包括穩定相的釔基多元金屬氧化物，所述穩定相的釔基多元金屬氧化物為釔鋯氧化物。
圖4是本發明另一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置示意圖。
在本實施例中，所述第一激發裝置400為電阻加熱器；所述第二激發裝置305為等離子體轟擊裝置，所述等離子體轟擊裝置所產生的等離子體為氬離子。
在其他實施例中，所述第一激發裝置400為電子槍加熱器、鐳射加熱器和射頻感應加熱器中的至少一種，或者，電阻加熱器與電子槍加熱器、鐳射加熱器和射頻感應加熱器中的一種或者多種組合，所述第二激發裝置305為等離子體轟擊裝置。
在其他實施例中，所述第一激發裝置為等離子體轟擊裝置，所述第二激發裝置為電子槍加熱器、電阻絲加熱器、鐳射加熱器和射頻感應加熱器中的至少一種。
在本實施例中，所述等離子體為氬離子和氧離子的混合或者氧離子。
在本實施例中，所述第一塗覆材料源301為氧化釔，所述第二塗覆材料源302為鋁氧化合物，且所述鋁氧化合物為氧化鋁。所述電阻加熱器401用於對第一塗覆材料源301進行加熱，使第一塗覆材料員301內的釔原子和氧原子被激發出來；所述第二激發裝置(等離子體轟擊裝置)305用於對第二塗覆材料源302進行轟擊，使所述第二塗覆材料源302內的鋁原子和氧原子被激發出來，激發出的所述釔原子、氧原子和鋁原子之間發生碰撞，在零部件303表面發生化學反應形成耐等離子體塗層31，所述耐等離子體塗層31為釔基多元金屬氧化物，且所述釔基多元金屬氧化物為釔鋁氧化物。當耐等離子體塗層31暴露在含氧和/或氟的等離子體環境中時，由於所述釔鋁氧化物的結構穩定，使得釔鋁氧化物不易吸附等離子體中的氧和/氟，使得等離子體環境較穩定，因此，有利於提高等離子體對晶片蝕刻的穩定性。
在其他實施例中，所述鋁氧化合物包括：氫氧化鋁、薄水鋁石或擬薄水綠石。
在其他實施例中，所述第二塗覆材料源為釔氟化合物，相應的，在零部件表面上形成的耐等離子體塗層為釔基氧氟化物，所述釔基氧氟化物為釔氧氟化合物；或者，所述第二塗覆材料源的材料為鋁氧化合物或鋯氧化合物，相應的，在零部件表面上形成的耐等離子體塗層為釔基多元金屬氧化物，所述釔基多元金屬氧化物為釔鋯氧化物。
圖5是本發明又一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置。
在本實施例中，所述第一塗覆材料源301為氧化釔，所述第二塗覆材料源302為鋁氧化合物或鋯氧化合物，所述耐等離子體塗層的裝置還包括：第三塗覆材料源600，所述第三塗覆材料源600包括含氟化合物、鋁氧化合物或鋯氧化合物，且所述第三塗覆材料源的材料與第二塗覆材料的材料不同；第三激發裝置502，用於激發出第三塗覆材料源600內的原子；第一塗覆材料源301被激發的釔原子和氧原子與第二塗覆材料源302和第三塗覆材料源600激發出的原子之間發生化學反應形成所述釔基氧氟化物或者釔基多元金屬氧化物，所述釔基氧氟化物包括：釔鋁氟氧化物或釔鋯氟氧化物，所述釔基多元金屬氧化物包括：釔鋁鋯氧化物。
所述第一激發裝置500、第二激發裝置501和第三激發裝置502均為電阻加熱器。
在其他實施例中，所述第一激發裝置、第二激發裝置和第三激發裝置可以為電子槍加熱器、鐳射加熱器和射頻感應加熱器中的至少一種，或者，電阻加熱器與電子槍加熱器、鐳射加熱器和射頻感應加熱器中的一種或者多種組合。
在本實施例中，所述第一激發裝置(電阻加熱器)500用於對第一塗覆材料源301進行加熱，使第一塗覆材料源301內的釔原子和氧原子被激發出來；所述第二激發裝置(電阻加熱器)501用於對第二塗覆材料源302進行加熱，使所述第二塗覆材料源302內的原子被激發出來，所述第三激發裝置(電阻加熱器)502用於對第三塗覆材料源600進行加熱，使所述第三塗覆材料源600內的原子被激發出來，第一塗覆材料源301內激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源302和第三塗覆材料源600激發出的原子之間發生碰撞，在零部件303表面發生化學反應形成耐等離子體塗層31，所述耐等離子體塗層31包括穩定相的釔基氧氟化物或者釔基多元金屬氧化物。當耐等離子體塗層31暴露在含氧和/或氟的等離子體環境中時，由於所述釔基氧氟化物或者釔基多元金屬氧化物結構比較穩定，使得釔基氧氟化物或者釔基多元金屬氧化物不易被吸附等離子體中的氧和/氟進一步腐蝕，同時縮短腔體中等離子體環境達到穩定的時間。因此，有利於提高蝕刻腔體中等離子體環境的穩定性。
圖6是本發明在零部件上形成耐等離子體塗層的製程流程圖。
參考圖6，步驟S1：提供上述在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置；步驟S2：利用所述第一激發裝置對第一塗覆材料源進行第一激發製程，使所述第一塗覆材料源內的釔原子和氧原子被激發出來，同時，利用所述第二激發裝置對第二塗覆材料源進行第二激發製程，使所述第二塗覆材料源內原子被激發出來；步驟S3：第一塗覆材料源內激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源內激發出的原子之間發生碰撞發生化學反應，在零部件上沉積形成耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
所述第一激發製程和第二激發製程分別為離子濺射製程和高溫蒸發製程中的一種。
當所述第一激發製程和/或第二激發製程為離子濺射製程時，所述第一激發裝置和/或第二激發裝置為等離子體轟擊裝置，所述等離子體轟擊裝置所產生的等離子體包括：氬等離子體和氧等離子體中的至少一種。
當所述第一激發製程和/或第二激發製程為高溫蒸發製程時，所述第一激發裝置和/或第二激發裝置為電子槍加熱器、電阻絲加熱器、鐳射加熱器和射頻感應加熱器中的至少一種。
在一個實施例中，所述第一激發製程和第二激發製程均為離子濺射製程；所述第一激發製程的參數包括：等離子體為氬離子，轟擊能量為5千瓦~20千瓦；所述第二激發製程的參數包括：等離子體為氬離子，轟擊能量為5千瓦~20千瓦。
在另一個實施例中，所述第一激發製程和第二激發製程均為高溫蒸發製程；所述第一激發製程的參數包括：溫度為大於2400攝氏度；所述第二激發製程的參數包括：溫度為大於1400攝氏度。
所述第一塗覆材料源內激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源內激發出的原子之間能夠發生化學反應形成釔氧氟化合物的原理性解釋包括：釔原子、氧原子、金屬原子、氟原子分別通過離子濺射或者高溫蒸發出來，具有較高的初始能量（通過不同的激發方式獲得），並在高真空環境（＜10-4 Pa，這些粒子的平均自由程大於飛行距離）中自由沿直線飛行，當攜帶能量的粒子相遇時，將發生大量的碰撞而促進發生化學反應，形成的分子流繼續飛行，直到碰到零部件上，在表面沉積，進一步形成耐等離子體塗層。當所形成的耐等離子體塗層為釔氧氟化合物時，相比於在Y2 O3 中通入F2 而言，釔氧和釔氟粒子初始能量高（都被激發形成分子/原子狀態），粒子發生碰撞的能量轉換高（Y2 O3 和YF3 的相對分子品質分別為225.8和145.9，要遠大於F2 相對分子品質38和O2 相對分子品質32，因而發生有效碰撞是能量交換更高），促進了Y2 O3 +YF3 àYOF化學反應的發生。
由於所述第一塗覆材料源內激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源內激發出的原子之間能夠發生化學反應形成具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。當零部件暴露在含氧和/或氟的等離子體環境中時，由於釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物具有穩定相，使得釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物能夠更好的保持結構穩定性，且使得穩定相的釔氧氟化合物不易被腔體內等離子體中的氧和/氟吸附、擴散和進一步腐蝕，保持腔體內得等離子體環境的相對穩定，因而有利於進一步提高等離子體對晶片蝕刻的穩定性。
在本實施例中，還包括：對所述零部件進行加熱，為第一塗覆材料源內激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源內激發出的原子提供能量，使第一塗覆材料源內激發出的所述釔原子和氧原子與第二塗覆材料源內激發出的原子更容易發生化學反應，更有利於在零部件上沉積形成穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
在本實施例中，對所述零部件進行加熱的溫度範圍為：25攝氏度～500攝氏度。
圖7是本發明形成的一種耐等離子體塗層的X-射線衍射圖（XRD）。
需要說明的是：1為YOF的標準峰，2為耐等離子體塗層的峰。
對比1和2可以看出，耐等離子體塗層的峰2與YOF的標準峰1相比符合的很好，說明本發明提出的形成YOF耐等離子體塗層的方法是有效的，而所述1的YOF標準峰對應的物相為面心立方結構的YOF，即：耐等離子體塗層為面心立方結構的YOF。
相應的，本發明還提供一種零部件，包括：零部件本體，所述零部件本體上具有上述方法形成的耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
相應的，本發明還包括上述零部件的等離子體處理裝置，包括：反應腔，所述反應腔內為等離子體環境；零部件，位於所述反應腔內，具有耐等離子體塗層，所述耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物，所述耐等離子體塗層暴露於所述等離子體環境內。
當等離子體處理裝置為電感耦合等離子體處理裝置時，所述零部件包括：陶瓷板（window）、內襯套（liner）、氣體噴嘴（nozzle）、氣體分配板（gas box）、氣管法蘭（gas flange）、靜電吸盤（ESC）組件、覆蓋環（cover ring）、聚焦環（focus ring）、絕緣環（insert ring）、襯底固持框中的至少一種。
當等離子體處理裝置為電容耦合等離子體處理裝置時，所述零部件包括：噴淋頭（showerhead）、上接地環（upper ground ring）、移動環（moving ring）、氣體分配板（gas box）、氣體緩衝板（mountain base）、靜電吸盤組件（ESC）、下接地環（lower ground ring）、覆蓋環（cover ring）、聚焦環（focus ring）、絕緣環（insert ring）、襯底固持框中的至少一種。
所述等離子體處理裝置包括反應腔，所述反應腔內為等離子體環境，所述等離子體環境包括氟等離子體和氧等離子體，所述氟等離子體和氧等離子體用於對晶片進行等離子體蝕刻處理。利用上述方法形成的耐等離子體塗層包括穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物，將包含所述耐等離子體塗層的零部件暴露於等離子體環境中，使得氟離子和/或氧離子在耐等離子體塗層中的吸附、擴散和化學反應層深度降低，因此，有利於縮短腔體蝕刻環境達到飽和所需時間，提高等離子體部件的耐腐蝕性能和服役壽命，提高等離子體環境的穩定性，進而提高等離子體對晶片蝕刻速率的穩定性，並進一步降低等離子體處理裝置台的運行維護成本。
雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以申請專利範圍所限定的範圍為原則。
100,200,300:真空腔 101:靶材 102,202,303:零部件 103:等離子體轟擊裝置 11,21,31:耐等離子體塗層 201:Y2 O3源 203:電子槍 204:氟源供應部 301:第一塗覆材料源 302:第二塗覆材料源 304,400,500:第一激發裝置 305,501:第二激發裝置 401:電阻加熱器 502:第三激發裝置 600:第三塗覆材料源 S1～S3:步驟
圖1為一種採用離子濺射製程在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置示意圖； 圖2為另一種採用高溫蒸發製程在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置示意圖； 圖3是本發明一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置示意圖； 圖4是本發明另一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置示意圖； 圖5是本發明又一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置示意圖； 圖6是本發明在零部件上形成耐等離子體塗層的製程流程圖；以及 圖7是本發明形成的一種耐等離子體塗層的X-射線衍射圖（XRD）。
S1~S3:步驟

Claims (22)

  1. 一種在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，其中，包括： 一真空腔； 一第一塗覆材料源、一第二塗覆材料源和一零部件，位於該真空腔內；該第一塗覆材料源包含氧原子和釔原子；該第二塗覆材料源包括釔氟化合物，鋁氧化合物或鋯氧化合物中的一種；該零部件與該第一塗覆材料源和該第二塗覆材料源相對設置； 一第一激發裝置，用於激發出該第一塗覆材料源內的釔原子和氧原子；以及 一第二激發裝置，用於激發出該第二塗覆材料源內的原子； 其中，該第一塗覆材料源內激發出的釔原子、氧原子與該第二塗覆材料源內激發出的原子之間發生碰撞，發生化學反應在該零部件上沉積形成一耐等離子體塗層，該耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
  2. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，其中，該第一塗覆材料源為Y2 O3 、Y(OH)3 以及在高溫下分解產物為Y2 O3 的化合物。
  3. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，其中，所述釔氟化合物包括YF3 、Y(CO3 )F或者在高溫下分解產物為YF3 的化合物，該耐等離子體塗層包括的釔基氧氟化物為釔氧氟化合物；所述穩定相的釔氧氟化合物包括YOF、Y5 O4 F7 、Y6 O5 F8 、Y7 O6 F9 或者Y17 O14 F23 中的至少一種。
  4. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，其中，所述鋁氧化合物包括氧化鋁、氫氧化鋁、薄水鋁石或擬薄水綠石，該耐等離子體塗層包括的釔基多元金屬氧化物為釔鋁氧化物；所述釔鋁氧化物包括：Y3 Al5 O12 、YAlO3 或者Y4 Al2 O9 。
  5. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，其中，所述鋯氧化合物包括氧化鋯或氫氧化鋯，該耐等離子體塗層包括的釔基多元金屬氧化物為釔鋯氧化物，所述釔鋯氧化物包括：Zra Y1-a O2 (0.5＜a＜1)。
  6. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，其中，該第二塗覆材料源為鋁氧化合物或鋯氧化合物，該耐等離子體塗層的裝置還包括：一第三塗覆材料源，該第三塗覆材料源包括含氟化合物、鋁氧化合物或鋯氧化合物，且該第三塗覆材料源的材料與該第二塗覆材料的材料不同；一第三激發裝置，用於激發出該第三塗覆材料源內的原子，該第一塗覆材料源激發出的釔原子和氧原子與該第二塗覆材料源和該第三塗覆材料源激發出的原子發生化學反應形成的該耐等離子體塗層為釔基氧氟化合物或者釔基多元金屬氧化物，所述釔基氧氟化合物包括釔鋁氟氧化物或釔鋯氟氧化物，所述釔基多元金屬氧化物包括：釔鋁鋯氧化物。
  7. 如請求項6所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，其中，該第一激發裝置、該第二激發裝置或該第三激發裝置為一等離子體轟擊裝置，該等離子體轟擊裝置所產生的等離子體包括氬等離子體和氧等離子體中的至少一種。
  8. 如請求項6所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，其中，該第一激發裝置、該第二激發裝置或該第三激發裝置為電子槍加熱器、電阻加熱器、鐳射加熱器、射頻感應加熱器中的至少一種。
  9. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，其中，該耐等離子體塗層僅包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
  10. 如請求項1所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置，其中，該耐等離子體塗層還包括：金屬氧化物和/或金屬氟化物。
  11. 一種在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，包括下列步驟： 提供如請求項1至請求項10中任一項所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的裝置； 利用一第一激發裝置對一第一塗覆材料源實施一第一激發製程，使該第一塗覆材料源內的釔原子和氧原子被激發出來，同時，利用一第二激發裝置對一第二塗覆材料源實施一第二激發製程，使該第二塗覆材料源內的原子被激發出來； 該第一塗覆材料源內激發出的釔原子和氧原子與該第二塗覆材料源內激發出的原子之間發生碰撞發生化學反應，在一零部件上沉積形成一耐等離子體塗層，該耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
  12. 如請求項11所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第一激發製程和該第二激發製程分別為離子濺射製程和高溫蒸發製程中的一種。
  13. 如請求項12所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，當該第一激發製程和/或該第二激發製程為離子濺射製程時，該第一激發裝置和/或第二激發裝置為等離子體轟擊裝置，所述等離子體轟擊裝置所產生的等離子體包括：氬等離子體和氧等離子體中的至少一種。
  14. 如請求項12所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，當該第一激發製程和/或第二激發製程為高溫蒸發製程時，該第一激發裝置和/或該第二激發裝置為電子槍加熱器、電阻絲加熱器、鐳射加熱器和射頻感應加熱器中的至少一種。
  15. 如請求項13所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第一激發製程和該第二激發製程均為離子濺射製程；該第一激發製程的參數包括：等離子體為氬離子，轟擊能量為5千瓦~20千瓦；該第二激發製程的參數包括：等離子體為氬離子，轟擊能量為5千瓦~20千瓦。
  16. 如請求項12所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，該第一激發製程和該第二激發製程均為高溫蒸發製程；該第一激發製程的參數包括：溫度為大於2400攝氏度；該第二激發製程的參數包括：溫度為大於1400攝氏度。
  17. 如請求項11所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，還包括下列步驟：對該零部件進行加熱，使釔原子、氧原子和金屬原子之間或者釔原子、氧原子、金屬原子和氟原子之間發生碰撞發生化學反應並在該零部件上沉積形成穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
  18. 如請求項17所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法，其中，對該零部件進行加熱的溫度範圍為：25攝氏度～500攝氏度。
  19. 一種零部件，其中，包括： 一零部件本體，該零部件本體上具有如請求項11至請求項18中任一項所述的在零部件上形成耐等離子體塗層的方法形成的一耐等離子體塗層，該耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物。
  20. 一種包含零部件的等離子體處理裝置，其中，包括： 一反應腔，該反應腔內為一等離子體環境； 一如請求項19所述的零部件，位於該反應腔內，具有一耐等離子體塗層，該耐等離子體塗層包括具有穩定相的釔基多元金屬氧化物或釔基氧氟化物，該耐等離子體塗層暴露於該等離子體環境內。
  21. 如請求項20所述的包含零部件的等離子體處理裝置，其中，當該等離子體處理裝置為電感耦合等離子體處理裝置時，該零部件包括：陶瓷板、內襯套、氣體噴嘴、氣體分配板、氣管法蘭、靜電吸盤組件、覆蓋環、聚焦環、絕緣環和襯底固持框中的至少一種。
  22. 如請求項20所述的包含零部件的等離子體處理裝置，其中，當該等離子體處理裝置為電容耦合等離子體處理裝置時，該零部件包括：噴淋頭、上接地環、移動環、氣體分配板、氣體緩衝板、靜電吸盤組件、下接地環、覆蓋環、聚焦環、絕緣環、襯底固持框中的至少一種。
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