TWI545650B - A method for manufacturing a gas sprinkler for a plasma processing chamber and a method for forming the same - Google Patents

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Description

用於等離子處理腔室的氣體噴淋頭的製造方法及其塗層形成方法
本發明係關係等離子處理腔室，特別是一種用於等離子處理腔室的氣體噴淋頭的塗層，其可以在活性等離子體組份(species)存在的情況下提高氣體噴淋頭的性能。
在等離子處理腔室中，氣體噴淋頭常用於注入反應氣體。在特定的等離子處理腔室中，例如電容耦合型等離子體處理腔室(capacitively-coupled plasma chambers)，氣體噴淋頭也可執行電極的功能，其耦接於大地或者射頻電位。然而，在製程中，前述氣體噴淋頭曝露於等離子體並被等離子體中的活性成份侵蝕，例如鹵素等離子體CF4、Cl2等。這種現象對於具有一化學氣相沉積的碳化矽塗層(CVD SiC)的氣體噴淋頭來說尤其麻煩。
在習知技術中，為了保護氣體噴淋頭不被等離子體侵蝕，各種各樣的塗層已經被提出並進行驗證。氧化釔(Y2O3)塗層被認為非常有希望；然而，要找到一種形成好塗層的製程卻非常困難，特別是那些不產生裂縫或產生粒子污染(particle)的製程。例如，業內已經提出過利用等離子體噴塗(plasma spray，簡稱PS)來塗覆由金屬、合金或陶瓷製成的氣體噴淋頭。然而，傳統的Y2O3等離子體噴塗塗層是利用噴塗的Y2O3粒子形成的，並且通常導致形成的塗層具有高表面粗糙度(Ra大於4微米或更多)和相應地高孔隙度(體積率大於3%)。這種高粗糙度和多孔結構使得塗層 易產生顆粒，其有可能導致製程基片的污染。另外，由於氣體注入孔內的等離子體噴塗層非常粗糙並和基體具有較弱的粘附力，當這種被噴塗過的氣體噴淋頭在等離子處理腔室中使用時，所述顆粒會從氣體注入口出來，掉落到基片上。
其他形成氧化釔塗層的方案包括利用化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)，物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)，離子輔助沉積(ion assisted deposition，IAD)，活性反應蒸發(active reactive evaporation，ARE)，電離金屬等離子體(ionized metal plasma，IMP)，濺射沉積，等離子體浸沒式離子注入製程(plasma immersion ion process，PIIP)。然而，所有這些沉積製程都具有一些技術限制，使得它們還不能實際上用於提升在腔室部件上沉積厚的塗層的水準，以避免等離子體侵蝕。例如，用化學氣相沉積製作Y2O3塗層不能在無法承受600℃以上的溫度上的基體上實現，這就排除了在由鋁合金製成的腔室部件上沉積抗等離子體侵蝕塗層的可能。PVD製程，例如蒸發，不能沉積緻密的、厚的陶瓷塗層，因為其與基片之間的粘附力較弱。由於高應力和弱粘附力(例如濺射沉積，ARE和IAD)或者極低的沉積速率(例如濺射沉積，IMP和PIIP)，這些其他的沉積製程也不能沉積厚塗層。因此，到目前為止還沒有製造出理想的塗層，這種理想的塗層應具有良好的抗腐蝕性，同時應當生成較少或者不生成顆粒污染，其可以被製成具有較大的厚度並沒有破裂或分層剝離。
鑒於上文所述的習知技術中的缺陷，業內需要一種能夠抗等離子體轟擊並不產生顆粒污染或裂縫的塗層。該塗層應具有可接受的粗糙度和孔隙大小，使得其具有長的使用壽命。製造該塗層的製程應當允許製造厚塗層，並且不會出現破裂或分層剝離。
以下發明內容是為了提供本發明的一些方面和特徵的基本理解。發明內容並不是本發明的廣泛綜述，因此其並不是為了具體地確定本發明的關鍵或主要要素，也並不是為了說明本發明的範圍。其唯一目的是為了以簡化形式介紹本發明的一些概念，作為下文中詳細描述的前序。
根據本發明的一個方面，提供了一種在氣體噴淋頭上形成增強型抗等離子體侵蝕塗層(advanced plasma resistant coatings)的方法。根據各具體實施例，本發明提供了在氣體噴淋頭的表面塗覆塗層的工藝，從而被塗覆有塗層的氣體噴淋頭的工作性能得以改善。其他具體實施例包括將塗覆了塗層的氣體噴淋頭改裝或安裝入等離子體處理腔室，以改善等離子體製程品質。
在一個實例性的製程中，利用等離子體增強型物理氣相沉積(PEPVD)來製造一種具有良好/緊密顆粒結構和隨機晶體取向(random crystal orientation)的增強型氧化釔塗層，例如基於Y2O3或YF3的塗層，其中，(1)沉積在低壓或真空腔室環境下執行；(2)至少一個沉積元素或成份從一材料源被蒸發或濺射出來，被蒸發或濺射出來的材料濃縮在基片襯底表面(這部分製程是一個物理過程，在這裏被稱為物理氣相沉積或PVD部分)；(3)同時，一個或多個等離子體源被用來發出離子或產生等離子體以圍繞氣體噴淋頭表面，至少一沉積元素或成份被電離並與被蒸發或濺射的元素或成份在等離子體中或在氣體噴淋頭表面上反應；(4)氣體噴淋頭耦接於負電壓，使得其在沉積製程過程中被電離原子或離子轟擊。在(3)和(4)中的反應指的是PEPVD中的“等離子體增強”(plasma enhanced，或者PE)功能。
應當說明，等離子體源可以(1)被用於離子化、分解和激發反應氣體以使得沉積製程能夠在低襯底溫度和高塗覆生長速度下執行(由於等離子體產生更多的離子和自由基)，或者(2)被用於產生針對氣 體噴淋頭的能量離子(energetic ions)，以使得離子轟擊氣體噴淋頭的表面並有助於在之上形成厚的和濃縮的塗層。更特別地，所述等離子體源被用於擇一或共同執行功能(1)和/或(2)，以在氣體噴淋頭上形成塗層。這種塗層綜合具有足夠的厚度和緊密度結構，在此處被稱為是“增強型塗層”(Advanced coating，以下稱：A塗層)，例如，以A-Y2O3、A-YF3或者A-Al2O3為基礎的塗層。
為了改進塗層的形成，A塗層的沉積是在具有粗糙表面的基體或者氣體噴淋頭上進行的，以改善塗層與基體的粘附力，並增加沉積的厚度。這是由於表面粗糙度的增加增加了塗層和基體表面之間介面區域的接觸面積，將塗層接觸區域從二維片段(2-dimensional fraction)變為三維片段(3-dimensional fraction)。粗糙表面上的沉積導致了塗層隨機晶體取向的形成，並導致A塗層和基體之間的介面應力的釋放，這增強了基體與塗層的吸附力，並促進了厚的和緻密的塗層在其上形成。據發現，當被沉積材料的表面的表面粗糙度在至少4um之上時，在材料表面之上的A塗層的穩定性可以達到更好。
為了減少生產成本，另一具體實施例包括形成雙層塗層組合，其中，第一層材料層或塗層形成於氣體噴淋頭基體之上，它可以是陽極化處理層、等離子體噴塗的Y2O3層或者其他抗等離子體侵蝕塗層，其具有某一特定厚度以維持最終形成的氣體噴淋頭所需的電氣性能(electrical properties)，其中，第一材料層具有大於4um的表面粗糙度。第二層材料層或塗層形成於粗糙度至少為4um以上的第一層材料層之上並具有一直接面對等離子體製程中等離子體的頂表面。第二層塗層可形成為A塗層(例如，A-Y2O3、A-YF3等)，所形成的A塗層具有特定粗糙度(表面粗糙度Ra1.0um)和緻密結構，具有隨機晶體取向，並具有小於3%的孔隙度甚至沒有多孔缺陷。因此，當A塗層被用於充當氣體噴淋頭的外表面時，通常由 於等離子體噴塗(plasma spray coating)所產生的粗糙表面和多孔隙結構所引起的顆粒污染能夠有效地被降低。此外，由於緻密的晶體結構，該第二塗層具有減少了的等離子體侵蝕速度，其進一步減少了在等離子體製程中的金屬污染。不論是第一塗層還是第二塗層的厚度皆可以根據氣體噴淋頭的性能需求進行調整。
在另一實施例中，氣體噴淋頭表面塗覆了兩層塗層的組合，其中，第一塗層是利用陽極化處理、等離子體噴塗(plasma spray)或者其他技術在氣體噴淋頭基體上形成的，其具有足夠厚度以在等離子體製程中為氣體噴淋頭提供所需要的製程功能(例如所需的導電率，導熱係數或熱隔離功能以及其他功能)。第二塗層形成於第一塗層之上以形成一頂表面，該頂表面在等離子體刻蝕製程中面對等離子體。第一塗層可以為抗等離子體侵蝕或其他功能的塗層，其可以以均一的或不均一的厚度和/或成份的方式分佈在氣體噴淋頭基體表面上。第二塗層是一種A塗層，例如A-Y2O3塗層。由於該A塗層具有特定粗糙度(Ra1.0um)和緻密的結構，其為隨機晶體取向，其孔隙度小於3%甚至沒有多孔缺陷，該A塗層具有的等離子體侵蝕速率比第一塗層小得多，因此並不會產生顆粒污染，並且在等離子體製程中具有較低的的金屬污染。第一塗層或第二塗層的厚度和粗糙度可以根據氣體噴淋頭的性能需求而調整。
在另一實施例中，氣體噴淋頭上沉積有多層塗層，以使得被塗覆了的氣體噴淋頭具有增大的塗層厚度、面對等離子體化學的穩定表面以及預期功能，以改善等離子體處理腔室的製程性能。區別於單層塗層的結構，相同材料被沉積但具有多層結構的塗層結構能夠達到增大的厚度，由於多層結構增加的介面面積可以釋放塗層應力(所述塗層應力通常隨著材料層或塗層的厚度增加而增加)，其產生裂縫或裂開的風險被降低。多層塗層可以由多層的A塗層或者具有多層式功能的塗層與多層A塗層組合而 成，其中，多層A塗層的頂層面對等離子體，例如，塗層沉積在氣體噴淋頭上。可以確定的是，具有隨機晶體取向的多層A塗層能夠被沉積在氣體噴淋頭上，其厚度大於50um，並且當氣體噴淋頭的表面粗糙度大於4um時沒有裂縫和污染。
在另一實施例中，為了進一步改善塗覆後的氣體噴淋頭的性能，在塗覆後的氣體噴淋頭上施加表面處理，包括但不限於：表面平滑化或表面粗糙化以減少顆粒污染、表面修正以增強塗層的表面緻密度和穩定性、以及表面化學清潔來去除顆粒和污染，這些顆粒和污染形成於被塗覆了氣體噴淋頭上，或者由於塗層沉積製程造成，或者由於等離子體刻蝕製程造成。
根據本發明的一方面，A塗層的表面粗糙度被控制，因為如果表面太過光滑，則刻蝕過程中的聚合物沉積就不會很好地粘附於表面上，因此導致顆粒污染。在另一方面，太過粗糙的表面會由於等離子體刻蝕而直接產生顆粒污染。優選地，A塗層的表面粗糙度至少為1um或更大，這可由針對基體粗糙度的控制得到，通過塗層的沉積製程，或者利用拋光(lapping)、研磨(polishing)和其他沉積塗層的後表面處理來達到。
根據另一方面，PEPVD中的能量離子轟擊或等離子體刻蝕被用來平滑化/粗糙化和緻密化具有A塗層的氣體噴淋頭表面。被塗覆了塗層的氣體噴淋頭表面可以用濕法清潔(wet solution cleaning)來清潔，其中，腐蝕性溶液或懸浮液(slurry)或噴霧(aerosol)被用於去除表面顆粒污染，並用於控制位於氣體噴淋頭上表面或者注氣孔內壁的塗層的表面粗糙度。具有特定表面粗糙度的緻密的塗層具有良好和緊密的顆粒結構，其具有減小的孔隙缺陷，因此能夠減小等離子體侵蝕速率和保持等離子體刻蝕製程中的純淨環境。
為了得到性能改善的刻蝕製程，被塗覆了塗層的氣體噴淋頭 可以通過改造或組合，將氣體分佈板、氣體噴淋頭鋁基體和上部接地環製成一片式包含塗層的氣體噴淋頭，或者內置集成有加熱器的一片式氣體噴淋頭，以使得製造新的具有塗層的氣體噴淋頭減少生產成本，並且氣體噴淋頭在經過特定的使用週期後，還可以很容易地被翻新(refurbished)。本質上，氣體噴淋頭的各種部件可被塗覆，使得它們被A塗層“封裝”(packaged)於其內。
基體塗層或者中間塗層可為金屬、合金或陶瓷(例如Y2O3,YF3,ErO2,SiC,Si3N4,ZrO2,Al2O3或它們的組合，或者它們和其他成份的組合)。第二塗層或者頂層塗層具有面對等離子體的表面，其可以為Y2O3,YF3,ErO2,SiC,Al2O3的A塗層或它們的組合，或者它們和其他成份的組合。和習知技術非常不同的是，本發明建議：A塗層塗覆於基體材料之上，而該基體材料可以具有也包含在A塗層中的成份和/或組份的成份和/或組份，例如將A-Y2O3沉積在陽極化處理的表面：Y2O3表面或者Al2O3表面。由於在塗層和基體裏同時存在有同樣成份或組份，這會導致在A塗層和基體之間的介面區域形成源自於相同成份或組份的原子粘附力，這促進了具有增加厚度的A塗層的形成，並改善了塗層與基體或者氣體噴淋頭的粘附力。
本發明揭示了多種A塗層的沉積方法，該塗層具有隨機晶體取向並且厚度在50微米或以上，並沒有龜裂或者分層。在一個具體實施例中，待塗覆部件的表面在被塗層之前先被粗糙化至其粗糙度Ra達到4微米或以上。4微米的粗糙度對於減少龜裂和分層很關鍵。並且，一系列厚的塗層被沉積直至達到一預期厚度，而不是僅沉積一單層塗層達到預期厚度。例如，如果預期得到一個50微米厚度的A-Y2O3，本發明不沉積單層材料層，本發明沉積多層材料層，例如，依次沉積5層厚度為10微米的材料層。通常地，隨著塗層厚度增加，塗層中的應力也會增加。然而，由多 層材料層沉積的塗層釋放了應力，因此也減少了龜裂和分層的風險。
附圖是為了解釋並圖示本發明的原則，其組成了說明書的一部分，例證了本發明的具體實施例以及描述。附圖是為了以圖示的方式說明典型具體實施例的主要特徵。附圖並不是為了描述具體實施例的每個特徵，也並不是按照比例示出了其示出元件的相對尺寸。
100‧‧‧腔室
105‧‧‧支撐環
110‧‧‧待塗覆塗層部件
110‧‧‧氣體噴淋頭
115‧‧‧真空泵
120‧‧‧源材料
125‧‧‧電子槍(electron gun)
130‧‧‧電子束(electron beam)
135‧‧‧氣體注射器(gas injector)
140‧‧‧等離子體
145‧‧‧線圈
150‧‧‧射頻源
205‧‧‧導電板(conductive plate)
210‧‧‧背板(back plate)
213‧‧‧中間材料層
215‧‧‧多孔板(perforated plate)
220‧‧‧導電環
225‧‧‧支撐環
235‧‧‧A塗層
300‧‧‧腔體
310‧‧‧夾盤
330‧‧‧氣體噴淋頭
圖1是根據本發明的一個具體實施例的用於沉積增強型塗層的裝置的示意圖。
圖2A示出了用於等離子處理腔室的傳統的氣體噴淋頭和電極組件，圖2B示出了和圖2A大體上一樣結構的氣體噴淋頭，除了其包括根據本發明一個具體實施例的增強型塗層。
圖2C示出了另一具體實施例，其中，氣體噴淋頭組件被“封裝”於A塗層塗覆內。
圖2D示出了另一具體實施例，其中，氣體噴淋頭元件具有一片式氣體分佈板，氣體分佈板被“封裝”於A塗層塗覆內。
圖2E示出了另一具體實施例，其中，氣體噴淋頭元件具有一片式氣體分佈板，氣體噴淋頭組件被“封裝”於A塗層塗覆內。
圖2F示出了另一具體實施例，其中，氣體噴淋頭元件具有一片式氣體分佈板，其依次由一中間塗層和一A塗層塗覆。
圖3示出了一等離子體處理腔室，其使用根據本發明一個具體實施例的氣體噴淋頭。
多個具體實施例將在下文中進行描述，提供用於氣體噴淋頭的改進塗層，其能改善氣體噴淋頭的抗腐蝕和顆粒污染功能。下文的描述將以形成該塗層的裝置和方法開始，並繼續描述利用上述方法製造的氣體噴淋頭的實施例和塗層的實施例。
在傳統的等離子體噴塗製程中，其塗層是在大氣環境 (atmospheric environment)下被沉積的，和傳統的等離子體噴塗製程不同的是，本發明提供的增強型塗層是在低壓或真空環境中沉積的。並且，傳統的等離子體噴塗製程利用小的粉末粒子來沉積塗層，本發明增強型塗層利用原子自由基(atoms radicals)或微粒凝結在材料表面上被沉積的。因此，由此得到的塗層特性與習知技術塗層不同，即使其是在利用同樣成份的材料的情況下。例如，根據本發明一個具體實施例所得到的氧化釔塗層基本上沒有多孔，其表面的粗糙度大於1um，並且比用習知技術等離子體噴塗方式(PS)所得到的Y2O3塗層具有更高的抗刻蝕性。
本發明的一具體實施例將在下文中結合附圖進行說明。首先介紹用於沉積增強型塗層的裝置和方法。圖1示出了根據本發明的一個具體實施例的用於沉積增強型塗層的裝置。所述裝置採用一稱作為PEPVD的製程來沉積增強型塗層，其中，PE和PVD部件在圖1中由虛線示出。傳統上，化學氣相沉積(CVD)或等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)指的是一種化學製程，其中，將襯底曝露於一個或多個易揮發的前驅(volatile precursors)，前驅在襯底表面反應或分解，以在襯底表面上產生所預期的沉積薄膜。另外，PVD指的是一種塗層製作方法，其包括純物理過程，其使一被蒸發或被濺射的預期薄膜材料凝結，從而在襯底的表面沉積薄膜，該預期薄膜材料通常是固態的源物質。因此，可以理解，前述PEPVD為這兩種製程的混合。即，所述的PEPVD包括在腔室中和在襯底表面上進行的屬於物理工藝的的原子、自由基或者分子的凝結(PVD部分)和等離子體化學反應(PE部分)。
在圖1中，腔室100利用真空泵115被抽成為真空。待塗覆塗層部件110連接於支撐環105上，其示例性地為氣體噴淋頭，但是其可以為任何其他部件。同時，負電壓通過支撐環105施加於部件110。
一源材料120包括待沉積組份，其通常為固體形式。例如， 如果待沉積薄膜是Y2O3或YF3，源材料120應包括釔(或氟)--可能還有其他材料，例如氧氣，氟(或釔)等。為了形成物理沉積，所述源材料被蒸發或濺射。在圖1所示的具體實施例中，利用電子槍(electron gun)125來執行蒸發，其將電子束(electron beam)130導向源材料120之上。當源材料被蒸發，原子和分子位置向待塗覆部件110飄移並凝結於待塗覆部件110上，圖示中用虛線箭頭示出。
等離子體增強型部件由氣體注射器(gas injector)135組成，其向腔室100內注入反應或非反應源氣體，例如包含氬、氧、氟的氣體，圖示中用虛線示出。等離子體140利用等離子體源維持於部件110的前方，等離子體源例如射頻、微波等，在本實施例中示例性地由耦合於射頻源150的線圈145示出。不受理論的束縛，我們認為在PE部分有幾個過程發生。首先，非活性離子化氣體組份，例如氬，轟擊部件110，當它被聚集後從而使得薄膜變得緻密。離子轟擊的效果源自於負偏壓施加至氣體噴淋頭110和氣體噴淋頭支撐環105，或源自於由等離子體源發出的並對準氣體噴淋頭105的離子。此外，例如氧或氟的活性氣體組份或自由基與蒸發的或濺射的源材料反應，所述反應或者位於部件110的表面上或者位於腔室內。例如，源材料釔與氧氣反應生成了含釔塗層，例如Y2O3或者YF3。因此，上述製程具有物理過程(轟擊和凝結)和化學過程(例如，氧化)。
圖2A示出了習知技術的用於等離子處理腔室的氣體噴淋頭和電極。導電板(conductive plate)205位於背板(back plate)210和多孔板(perforated plate)215之間，導電板205有時候可以轉化為控制氣體噴淋頭溫度的加熱器，導電環220圍繞多孔板215設置，並可以充當輔助電極。支撐環225圍繞導電板205設置，其也位於導電環220和背板210之間。多孔板215實際上充當了氣體分佈板(gas distribution plate，GDP)，其可以由陶瓷、石英等製成，例如，其可以由碳化矽製成，可以被組裝於傳 導板205的下表面。導電環220可由陶瓷、石英等製成，例如，其可以由碳化矽製成，可以被組裝於支撐環225的下表面。支撐環225，傳導板205和背板210可由金屬或合金製成，例如鋁、不銹鋼等。氣體噴淋頭以一種常見的方式附設於等離子處理腔室的頂部上。
圖2B示出了一和圖2A大體上相同的氣體噴淋頭，不同之處在於：其包括了根據本發明一個具體實施例的增強型塗層。在圖2B中，增強型塗層235(例如，A-Y2O3)設置於多孔板215的下表面之上，即，在基片製程中面對等離子體的表面。增強型塗層235可以是單層或者多層塗層。在本實施例中，多孔板根據標準程式製造，包括氣體注入孔/穿孔的形成。然後，上述多孔板被插入一PEPVD腔室之中，其下表面被塗覆有增強型塗層。由於PEPVD塗層是利用原子或分子來建立塗層的，氣體注入孔的內壁也被塗覆了塗層。然而，和習知技術的塗層不同，增強型塗層由原子和分子的凝結而形成，因此可以形成緻密、均勻的並且與氣體注入孔的內壁表面粘附性良好的A塗層，因此提供了平滑的氣體流動並避免了任何顆粒污染的產生。
根據上述實施例，塗覆了塗層的多孔板的表面特徵在於：其具有特定的表面粗糙度(表面粗糙度Ra被控制為大於等於1.0um)，為了提高等離子體製程過程中的聚合物粘附力，可以粗糙化所述表面。也就是，一方面，A塗層的表面粗糙度是受控的，因為如果所述表面太過光滑，在刻蝕過程中的聚合物沉積不能很好地粘附在表面，因此導致顆粒污染。另一方面，太過粗糙的表面會由於刻蝕製程而直接產生顆粒污染。因此，根據本具體實施例，推薦的表面粗糙度Ra大於1um。優選地，推薦的表面粗糙度Ra大於1um，但是低於10um(1um<Ra<10um)。經發現，在該取值範圍內，顆粒污染的產生可以最小化，但是聚合物粘附也可控。也就是，上述取值範圍很關鍵，因為利用更高的粗糙度會導致顆粒污染的產生，但 是利用更光滑的塗層會使等離子體製程過程中的聚合物的粘附減少。在各種情況下，不論是單層還是多層結構的A塗層都具有緻密的結構，其具有隨機晶體取向，孔隙度小於3%，沒有任何裂開或分層剝離。
根據一個具體實施例，該粗糙度可以由沉積塗層時得到，或者針對已經沉積後的塗層進行拋光，研磨或者其他後PEPVD等表面處理來得到。另一方面，根據一個具體實施例，多孔板的表面首先粗糙化到預期粗糙度(Ra>4um)，然後再沉積塗層。由於該塗層是利用PEPVD製程制得，根據塗層的厚度和具體沉積製程，在塗覆塗層之前的表面具有同樣或者不同的粗糙度。
圖2C示出了另一具體實施例，其中氣體噴淋頭組件被“封裝”於A塗層內。也就是，如圖2C所示，整個氣體噴淋頭元件的下表面都用A塗層235(例如A-Y2O3)來塗覆。在本實施例中，形成氣體噴淋頭的多個部件首先被裝配好，然後再被置於PEPVD腔室內部以在整個元件的下表面形成增強型塗層。在這種實施方式中，氣體噴淋頭元件被“封裝”於增強型塗層塗覆內並被整個保護起來免受等離子體侵蝕。根據圖2B所示，其表面可能保持光滑或者被粗糙化，以改善聚合物粘附。然而，在所有情況下，所述塗層的厚度大於50um。
圖2D示出了另一具體實施例，其中前述實施例中的多孔板215、導電環220和支撐環225在本實施例中被統一為一片式多孔板215。和習知技術極不同的是，一片式多孔板215可以由金屬製成，例如，鋁合金，其表面可以由沉積的A塗層235保護起來，例如A-Y2O3。與習知技術相比，設置於多孔板215之上並用A-Y2O3塗層235塗覆的氣體噴淋頭可以減少生產成本，簡化氣體噴淋頭的組裝和製造流程，並增加使用壽命。另一優點是，它提供了翻新已用過的氣體噴淋頭的可能，翻新僅需要在一片式多孔板215上重新沉積A塗層235。此外，形成被A塗層“封裝”的 氣體噴淋頭更加簡單，如圖2E所示的另一實施例中所示，因為A塗層的沉積是在氣體噴淋頭上進行，而所述氣體噴淋頭僅需將一片式多孔板215組裝於導電板205和背板210上即可。
圖2F示出了本發明的再一具體實施例，圖2F是圖2E的部分截取，以顯示其是類似於圖2E的氣體噴淋頭的放大結構示意圖，其不同之處在於圖2F中具有不同的塗覆配置。根據圖2F所示的具體實施例，多孔板215具有一中間材料層或者塗層213。所述中間材料層形成於多孔板215被粗糙化的表面上，並且A塗層所沉積於其上的中間層表面也具有一個粗糙化的表面。根據本文所述的任一具體實施例，該中間層可以是，例如，一陽極化處理層或一等離子體噴塗的Y2O3層，然後，根據前述任何一種實施例所描述的，一單層或多層結構的增強型塗層235被沉積於中間材料層或者塗層213之上。並且，每個A塗層235和每個中間材料層213都可以形成為多層塗層，以增加所述塗層的厚度，並改善所沉積塗層的結構穩定性。
根據一個具體實施例，多孔板是陽極化處理板，其表面和氣體注入孔內壁均被陽極化處理層所保護，例如硬陽極化處理層(hard anodization)。然後，A塗層(例如A-Y2O3)被沉積於如圖2D所示的多孔板表面(其背部表面與導電板205和背板210接觸)或者如圖2E所示的氣體噴淋頭元件的表面。由於A塗層直接沉積在陽極化處理過的表面，因而在A塗層和陽極化處理層之間並沒有分介面問題，而這種問題通常在等離子體噴塗的Y2O3塗層和陽極化處理的表面之間出現，因為等離子體噴塗的Y2O3塗層一般沉積在光的鋁合金表面，以達到等離子體噴塗的Y2O3塗層與腔室部件的良好粘附。
根據不同的具體實施例，中間材料層或塗層可為金屬，合金或者陶瓷(例如Y2O3,YF3,ErO2,SiC,Si3N4,ZrO2,Al2O3或它們的組合， 或者它們和其他成份的組合)。面對等離子體的表面的第二塗層或者頂層塗層是一種A塗層，所述A塗層是Y2O3,YF3,ErO2,SiC,Al2O3或它們的組合，或者它們和其他材料的組合。
與習知技術極不同的是，根據某些具體實施例，A塗層被建議沉積在一基體材料表面，該基體材料具有至少一個成份或部件也包括在A塗層中，例如A-Y2O3沉積於陽極化處理的Al2O3或Y2O3表面。由於在塗層和基體中具有相同的成份或部件，則會引起在A塗層和基體之間介面區域的源自相同成份或部件的原子粘附，其有利於形成具有增加厚度的A塗層和改善其與基體或者氣體噴淋頭的粘附力。
圖3示出了一個等離子體處理腔室，其中，根據本文揭示的任一具體實施例，氣體噴淋頭連接至腔室頂部。腔體300形成了一密封用以保證腔室的排氣。待處理的基片襯底設置於夾盤310之上，在本實施例中射頻功率源被施加於夾盤310中的電極上。氣體噴淋頭330用於往腔室內注入製程氣體，並作用為提供接地路徑或者射頻能量路徑的電極。
需要說明的是，本文中提及的製程和技術並不是固有地與任何特定地裝置有關，其可以用任何合適的部件組合而得到。進一步地，根據本專利的教示和描述，多種類型的通用裝置可以被使用。本發明根據特定例子進行了描述，其只是為了從各方面說明本發明而並不是限制本發明。本領域技術人員應當理解，許多不同的組合適合於實施本發明。
並且，對於熟悉本領域的技術人員而言，根據本專利所揭示的說明書和操作，實施本發明的其他的實施方式將是顯而易見的。上文中具體實施例的不同方面和/或部件可以單一或者組合地應用。需要說明的是，上文所述具體實施例和方式都應僅考慮為例證性的，本發明的真正範圍和精神都應以權利要求書為准。
300‧‧‧腔體
310‧‧‧夾盤
330‧‧‧氣體噴淋頭

Claims (20)

  1. 一種用於等離子處理腔室的氣體噴淋頭的製造方法，其中該氣體噴淋頭包括：一多孔板，具有多個注氣孔，該多孔板具有一在製程中面對並曝露於等離子體的表面；以及一形成於該多孔板之該表面上的增強型塗層，具有隨機晶體取向的緻密結構，該增強型塗層的孔隙度低於3%，表面粗糙度Ra大於1um，該製造方法包含：(a)將該多孔板插入一真空腔室；(b)執行一物理製程以蒸發一源材料，使得其濃縮於該多孔板的表面；以及(c)執行一化學製程以使得活性成份與該濃縮之源材料反應，從而在該多孔板的表面形成該增強型塗層。
  2. 如請求項1所述之氣體噴淋頭的製造方法，其中在塗覆該增強型塗層之前，該多孔板表面的粗糙度大於4um。
  3. 如請求項1所述之氣體噴淋頭的製造方法，其中在塗覆該增強型塗層之前，更包括一中間塗層形成於該表面之上，該中間塗層具有大於4um的粗糙度。
  4. 如請求項3所述之氣體噴淋頭的製造方法，其中該中間塗層包括一陽極化處理層。
  5. 如請求項3所述之氣體噴淋頭的製造方法，其中該中間塗層包括一等離子體噴塗塗層。
  6. 如請求項1所述之氣體噴淋頭的製造方法，其中該增強型塗層包括釔。
  7. 如請求項1所述之氣體噴淋頭的製造方法，其中該形成於該多孔板表面的塗層係為多層塗層。
  8. 一種在用於等離子處理腔室之氣體噴淋頭的至少一部分表面上製造塗層的方法，該氣體噴淋頭具有一表面，其配置為在製程中面對並曝露於該等離子處理腔室中的等離子體，其中該方法包括下列步驟：(a)用一多孔板製造該氣體噴淋頭，該多孔板具有多個注氣孔；(b)將該氣體噴淋頭插入一真空腔室，配置使得該表面面對一設置於該真空腔室中的源材料；(c)蒸發或濺射該源材料於該真空腔室中；(d)注入包含活性成份和非活性成份的氣體於該真空腔室中；以及(e)激發並維持等離子體於該氣體噴淋頭表面，使得該被離子化的活性成份和非活性成份的離子在該氣體噴淋頭表面上撞擊並與該源材料化學反應，從而在該氣體噴淋頭的至少部分表面上形成一塗層，其中，該塗層包括來自源材料的原子和來自該活性成份的原子。
  9. 如請求項8所述之方法，其中在步驟(b)之前，更包括粗糙化該氣體噴淋頭的表面至粗糙度大於4um的步驟。
  10. 如請求項8所述之方法，其中該源材料包括釔。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該非活性成份包括氬，該活性成份包括氧或氟。
  12. 如請求項8所述之方法，其中更包括：施加負偏置電壓於該氣體噴淋頭，並同時保持該真空腔室中的等離子體的步驟。
  13. 如請求項8所述之方法，其中在步驟(b)之前，更包括步驟(a1)：施加一中間層或一中間塗層於該多孔板之表面，其中該中間層或中間塗層的表面粗糙度大於4um。
  14. 如請求項13所述之方法，其中步驟(a1)中的該中間層或中間塗層包括陽極化處理層。
  15. 如請求項13所述之方法，其中步驟(a1)更包括施加等離子體噴塗塗層。
  16. 如請求項8所述之方法，其中該形成於該氣體噴淋頭表面的塗層係為多層塗層。
  17. 一種在用於等離子體處理腔室之氣體噴淋頭的至少部分表面上形成塗層的方法，該氣體噴淋頭具有一表面，其配置為在製程中面對並在製程中曝露於該等離子處理腔室中的等離子體，其中該方法包括下列步驟：(a)將該氣體噴淋頭插入一個真空腔室，配置使得該表面面對一設置於該真空腔室中的源材料；(b)施加偏置電壓於該氣體噴淋頭；(c)執行一物理製程以蒸發該源材料，使得其濃縮於該氣體噴淋頭表面；以及(d)執行一化學製程以使得活性成份與該濃縮之源材料反應，從而在該氣體噴淋頭表面形成一塗層；其中，該塗層具有隨機晶體取向的緻密結構，其孔隙度低於3%，表面粗糙度Ra大於1um。
  18. 如請求項17所述之方法，其中在步驟(a)之前，更包括粗糙化該氣體噴淋頭至其表面粗糙度達到4um以上的步驟。
  19. 如請求項17所述之方法，其中該源材料包括釔。
  20. 如請求項17所述之方法，其中該形成於該氣體噴淋頭表面的塗層係為多層塗層。
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