TWI777799B - 大尺寸的氧化釔燒結體 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種氧化釔燒結體，其總雜質含量為40 ppm或更少，密度不小於4.93 g/cm 3，其中該氧化釔燒結體之至少一個晶界包含量不小於1至不大於10個原子/平方奈米的二氧化矽，其中該氧化釔燒結體之至少一個表面包含至少一個孔隙，其中沒有孔隙之直徑大於5 µm。亦揭示製造該氧化釔燒結體之方法。

Description

大尺寸的氧化釔燒結體
本發明係關於一種高純度及高緻密之氧化釔燒結體，其特徵在用作電漿蝕刻室中之組件時轉變為優越的耐蝕刻性。此外，本發明提供一種製造氧化釔燒結體之方法。
在半導體材料加工領域中，真空加工室用於蝕刻及化學氣相沈積(CVD)基板上之材料。將加工氣體引入至加工室中，同時將射頻(RF)場施加至該等加工氣體，產生加工氣體之電漿。
在半導體基板加工期間，基板通常由基板固持器支撐在真空室內，如例如US 5,262,029及US 5,838,529中所揭示。加工氣體可藉由各種氣體供應系統供應至腔室。其他用於加工半導體基板之裝備包括窗、噴嘴、蓮蓬頭、(蝕刻)室襯裡、混合歧管、晶圓支撐件、電子晶圓夾盤及各種環，諸如聚焦環及保護環，以及其他組件。
在此類製程中，通常使用電漿移除室壁及基板上之材料。電漿蝕刻條件對暴露於電漿之加工室表面產生顯著離子轟擊。與電漿化學物質及/或蝕刻副產物組合的此離子轟擊可對加工室之電漿暴露表面產生顯著的表面粗糙化、侵蝕、腐蝕及腐蝕-侵蝕。因此，藉由物理及/或化學攻擊移除表面材料。此攻擊造成包括以下的問題：零件壽命短(此使得工具停機時間延長)、消耗品成本增加、微粒污染、晶圓上過渡金屬污染及製程漂移(process drift)。
此外，電漿加工室經設計以包括將電漿限制在正加工之晶圓上的部件，諸如圓盤、圓環及圓筒。然而，此等用於電漿加工室之部件不斷遭電漿攻擊，且因此會侵蝕或積聚污染物及聚合物堆積。
由於此類反應器中之電漿環境之此侵蝕性及腐蝕性，需要使粒子及/或金屬污染降至最低。因此，期望此類裝備之組件，包括消耗品及其他部件，具有適當高的耐侵蝕性及耐腐蝕性。此類部件已由在電漿環境中提供耐腐蝕性及耐侵蝕性之材料形成，且已描述於例如U.S. 5,798,016、U.S. 5,911,852、U.S. 6,123,791及U.S. 6,352,611中。
已知相比於其他常見陶瓷材料，諸如氧化鋁、碳化矽、氮化矽及氧化鋯，氧化釔對基於鹵素之腐蝕性氣體及此類氣體之電漿展現明顯較高的耐受性。因此，在涉及電漿加工之半導體製造設備中，氧化釔通常作為層施加至耐腐蝕組件。
但氧化釔之使用存在缺陷。氧化釔存在諸如燒結強度低之頑固問題，其阻礙氧化釔在此等耐電漿應用中作為結構材料之發展。燒結強度低亦可為製造大部件之限制因素，此係由於隨著組件尺寸增大易發生斷裂。因此，在一些情況下，氧化釔可用作耐腐蝕構件塗層，其中藉由將氧化釔噴塗至由金屬材料形成或由其他材料諸如氧化鋁製成之陶瓷材料形成之基底材料來產生組件，相比於氧化釔，該等材料價格較低且強度較高。
然而，氧化釔材料在電漿蝕刻製程中仍存在許多缺陷，諸如氧化釔塗層內孔隙率顯著及氧化釔與基層之間的黏著強度降低。塗層中存在孔隙率將不利地影響組件之耐腐蝕性及耐侵蝕性。此外，氧化釔難以用傳統方法燒結，尤其形成大尺寸的燒結體。因此，需要一種用於電漿蝕刻室中之氧化釔材料，其不受此類缺陷的影響。
藉由如本文中所揭示之各種實施例、態樣及組態解決此等及其他需求：
實施例1.一種氧化釔燒結體，其總雜質含量為40 ppm或更少，密度不小於4.93 g/cm 3，其中該氧化釔燒結體之至少一個晶界包含量不小於1至不大於10個原子/平方奈米的二氧化矽，其中該氧化釔燒結體之至少一個表面包含至少一個孔隙，其中沒有孔隙之直徑大於5 µm。
實施例2. 如實施例1之氧化釔燒結體，其中該密度不小於4.96 g/cm 3。
實施例3. 如實施例1或2之氧化釔燒結體，其中該密度不小於4.98 g/cm 3。
實施例4. 如實施例1、2及3中任一項之氧化釔燒結體，其中該密度不小於5.01 g/cm 3。
實施例5. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中沒有孔隙之直徑大於4 µm。
實施例6. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中沒有孔隙之直徑大於3 µm。
實施例7. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中沒有孔隙之直徑大於2 µm。
實施例8. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中沒有孔隙之直徑大於1 µm。
實施例9. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為35 ppm或更少。
實施例10. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為30 ppm或更少。
實施例11. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為25 ppm或更少。
實施例12. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為20 ppm或更少。
實施例13. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為15 ppm或更少。
實施例14. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為10 ppm或更少。
實施例15. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中如在環境溫度下根據ASTM D150所量測，該氧化釔燒結體在1 MHz頻率下具有1.5×10 - 2至5.0×10 - 2之介電損耗。
實施例16. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其在以下方法中展現小於約375,000 µm 3之蝕刻體積，在該方法中，該至少一個表面之10 mm×5 mm區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續1500秒，且該第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中該第一步驟及該第二步驟依序重複，直至該第一步驟中之CF 4暴露時間為24小時。
實施例17. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其展現小於約325,000 µm 3之蝕刻體積。
實施例18. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其展現小於約275,000 µm 3之蝕刻體積。
實施例19. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的95%或更多，最大孔徑為1.50 µm。
實施例20. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的97%或更多，最大孔徑為1.75 µm。
實施例21. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的99%或更多，最大孔徑為2.00 µm。
實施例22. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其在以下方法中展現小於1.0 nm/min之蝕刻速率，在該方法中，該至少一個表面之10 mm×5 mm區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續1500秒，且該第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中該第一步驟及該第二步驟依序重複，直至該第一步驟中之CF 4暴露時間為24小時。
實施例23. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該蝕刻速率小於0.9 nm/min。
實施例24. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該蝕刻速率小於0.8 nm/min。
實施例25. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.3.2節所測定，未蝕刻區域中之展開界面面積Sdr小於250×10 - 5。
實施例26. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該未蝕刻區域中之該展開界面面積小於225×10 - 5。
實施例27. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該未蝕刻區域中之該展開界面面積小於200×10 - 5。
實施例28. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其在以下方法中展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.3.2節所測定，未蝕刻區域中之展開界面面積小於200×10 - 5，在該方法中，該至少一個表面之6 mm×6 mm區域在10毫托壓力以及90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速、20 sccm氬氣流速及600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件持續24小時。
實施例29. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該蝕刻區域中之該展開界面面積小於175×10 - 5。
實施例30. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該蝕刻區域中之該展開界面面積小於150×10 - 5。
實施例31. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其在以下方法中展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.1.7節所測定，算術平均高度Sa小於30 nm，在該方法中，該至少一個表面之10 mm×5 mm區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速及600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續300秒，且該第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中步驟1及2依序重複，持續6小時之總蝕刻時間。
實施例32. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該Sa小於20 nm。
實施例33. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該Sa小於15 nm。
實施例34. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該至少一個表面具有小於0.15%由孔隙佔據的區域。
實施例35. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該至少一個表面具有小於0.10%由孔隙佔據的區域。
實施例36. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該氧化釔燒結體在SF 6蝕刻方法後展現0.27至0.28 µm之梯級高度變化。
實施例37. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其粒徑d50為0.1 µm至25 µm。
實施例38. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其粒徑d50為0.5 µm至15 µm。
實施例39. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其粒徑d50為0.5 µm至10 µm。
實施例40. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為100 mm至600 mm。
實施例41. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為100 mm至406 mm。
實施例42. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為200 mm至600 mm。
實施例43. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為350 mm至600 mm。
實施例44. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為500 mm至600 mm。
實施例45. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為550 mm至600 mm。
實施例46. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過3%。
實施例47. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過2%。
實施例48. 如前述實施例中任一項之氧化釔燒結體，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過1%。
實施例49.一種製造氧化釔燒結體之方法，該方法包含以下步驟：a)將氧化釔粉末安置於由火花電漿燒結工具界定之內部體積內，其中該火花電漿燒結工具包含：模具，該模具包含側壁，該側壁包含內壁及外壁，其中該內壁具有界定該內部體積之直徑；與該模具可操作地耦接之上衝頭及下衝頭，其中該上衝頭及該下衝頭中之每一者的外徑小於該模具之該內壁之直徑，由此當該上衝頭及該下衝頭中之至少一者在該模具之該內部體積內移動時，在該上衝頭及該下衝頭中之每一者與該模具之該內壁之間產生間隙，其中該間隙為10 µm至70 µm寬，且在該內部體積內產生真空條件；b)藉由在該模具之該內部體積內移動該上衝頭及該下衝頭中之至少一者將壓力施加至該氧化釔粉末而向該氧化釔粉末施加10 MPa至60 MPa壓力，同時加熱至1200至1600℃之燒結溫度且執行燒結，以形成氧化釔燒結體；及c)降低該氧化釔燒結體之溫度，其中步驟a)之該氧化釔粉末之表面積為10 m 2/g或更小，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為40 ppm或更少，密度不小於4.93 g/cm 3，至少一個表面包含至少一個孔隙，其中沒有孔隙之直徑大於5 µm。
實施例50. 如實施例49之方法，其進一步包含以下步驟：d)視情況藉由施加熱量將該氧化釔燒結體之溫度升高達到退火溫度，執行退火，使該氧化釔燒結體退火；e)藉由移除施加至該氧化釔燒結體之熱源而將經退火氧化釔燒結體之溫度降低至環境溫度；及f)視情況機械加工該經退火氧化釔燒結體以產生氧化釔燒結體組件，其中該組件係選自由以下組成之群：介電質窗或RF窗、聚焦環、噴嘴或氣體噴射器、蓮蓬頭、氣體分配板、蝕刻室襯裡、電漿源配接器、進氣口配接器、擴散器、電子晶圓夾盤、夾盤、定位盤、混合歧管、離子抑制元件、面板、隔離器、間隔件及保護環。
實施例51. 如實施例49至50中任一項之方法，其中該氧化釔粉末在步驟a)之前經煅燒。
實施例52. 如實施例49至51中任一項之方法，其中在加熱時施加至該氧化釔之壓力為10 MPa至40 MPa。
實施例53. 如實施例49至52中任一項之方法，其中在加熱時施加至該氧化釔之壓力為20 MPa至40 MPa。
實施例54. 如實施例49至53中任一項之方法，其中該氧化釔粉末之表面積為1.5至7.0 m 2/g。
實施例55. 如實施例49至54中任一項之方法，其中該氧化釔粉末之表面積為2.0至4.0 m 2/g。
實施例56. 如實施例49至55中任一項之方法，其中該氧化釔粉末之純度高於99.998%。
實施例57. 如實施例49至56中任一項之方法，其中該氧化釔粉末之純度高於99.999%。
實施例58. 如實施例49至57中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之純度在99.99%與99.999%之間。
實施例59. 如實施例49至58中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之純度在99.999%與99.9996%之間。
實施例60. 如實施例49至59中任一項之方法，其中該燒結係執行1分鐘至120分鐘之時間。
實施例61. 如實施例49至60中任一項之方法，其中該燒結係執行2分鐘至60分鐘之時間。
實施例62. 如實施例49至61中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之密度不小於4.96 g/cm 3。
實施例63. 如實施例49至62中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之密度不小於4.98 g/cm 3。
實施例64. 如實施例49至63中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之密度不小於5.01 g/cm 3。
實施例65. 如實施例49至64中任一項之方法，其中該至少一個表面上沒有孔隙之直徑大於4 µm。
實施例66. 如實施例49至65中任一項之方法，其中該至少一個表面上沒有孔隙之直徑大於3 µm。
實施例67. 如實施例49至66中任一項之方法，其中該至少一個表面上沒有孔隙之直徑大於2 µm。
實施例68. 如實施例49至67中任一項之方法，其中該至少一個表面上沒有孔隙之直徑大於1 µm。
實施例69. 如實施例49至68中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為35 ppm或更少。
實施例70. 如實施例49至69中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為30 ppm或更少。
實施例71. 如實施例49至70中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為25 ppm或更少。
實施例72. 如實施例49至71中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為20 ppm或更少。
實施例73. 如實施例49至72中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為15 ppm或更少。
實施例74. 如實施例49至73中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為10 ppm或更少。
實施例75. 如實施例49至74中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為6 ppm或更少。
實施例76. 如實施例49至75中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體在以下方法中展現小於約375,000 µm 3之蝕刻體積，在該方法中，該至少一個表面之10 mm×5 mm區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續1500秒，且該第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中該第一步驟及該第二步驟依序重複，直至該第一步驟中之CF 4暴露時間為24小時。
實施例77. 如實施例49至76中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體展現小於約325,000 µm 3之蝕刻體積。
實施例78. 如實施例49至77中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體展現小於約275,000 µm 3之蝕刻體積。
實施例79. 如實施例49至78中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的95%或更多，最大孔徑為1.50 µm。
實施例80. 如實施例49至79中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的97%或更多，最大孔徑為1.75 µm。
實施例81. 如實施例49至80中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的99%或更多，最大孔徑為2.00 µm。
實施例82. 如實施例49至81中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體在以下方法中展現小於1.0 nm/min之蝕刻速率，在該方法中，該至少一個表面之10 mm×5 mm區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續1500秒，且該第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中該第一步驟及該第二步驟依序重複，直至該第一步驟中之CF 4暴露時間為24小時。
實施例83. 如實施例49至82中任一項之方法，其中該蝕刻速率小於0.9 nm/min。
實施例84. 如實施例49至83中任一項之方法，其中該蝕刻速率小於0.8 nm/min。
實施例85. 如實施例49至84中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.3.2節所測定，未蝕刻區域中之展開界面面積Sdr小於250×10 - 5。
實施例86. 如實施例49至85中任一項之方法，其中該未蝕刻區域中之該展開界面面積小於225×10 - 5。
實施例87. 如實施例49至86中任一項之方法，其中該未蝕刻區域中之該展開界面面積小於200×10 - 5。
實施例88. 如實施例49至87中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體在以下方法中展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.3.2節所測定，蝕刻區域中之展開界面面積小於200×10 - 5，在該方法中，該至少一個表面之6 mm×6 mm區域在10毫托壓力下以及90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速、20 sccm氬氣流速及600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件。
實施例89. 如實施例49至88中任一項之方法，其中該蝕刻區域中之該展開界面面積小於175×10 - 5。
實施例90. 如實施例49至89中任一項之方法，其中該蝕刻區域中之該展開界面面積小於150×10 - 5。
實施例91. 如實施例49至90中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體在以下方法中展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.1.7節所測定，算術平均高度Sa小於30 nm，在該方法中，該至少一個表面之10 mm×5 mm區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速及600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續300秒，且該第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中步驟1及2依序重複，持續6小時之總蝕刻時間。
實施例92. 如實施例49至91中任一項之方法，其中該Sa小於20 nm。
實施例93. 如實施例49至92中任一項之方法，其中該Sa小於15 nm。
實施例94. 如實施例49至93中任一項之方法，其中該至少一個表面具有小於0.15%由孔隙佔據的區域。
實施例95. 如實施例49至94中任一項之方法，其中該至少一個表面具有小於0.10%由孔隙佔據的區域。
實施例96. 如實施例49至95中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之粒徑d50為0.1 µm至25 µm。
實施例97. 如實施例49至96中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之粒徑d50為0.5 µm至15 µm。
實施例98. 如實施例49至97中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之粒徑d50為0.5 µm至10 µm。
實施例99. 如實施例49至98中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為100 mm至600 mm。
實施例100. 如實施例49至99中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為100 mm至406 mm。
實施例101. 如實施例49至100中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為200 mm至600 mm。
實施例102. 如實施例49至101中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為350 mm至600 mm。
實施例103. 如實施例49至102中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為500 mm至600 mm。
實施例104. 如實施例49至103中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為550 mm至600 mm。
實施例105. 如實施例49至104中任一項之方法，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過3%。
實施例106. 如實施例49至105中任一項之方法，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過2%。
實施例107. 如實施例49至106中任一項之方法，其中該密度沿該至少一個尺寸之變化不超過1%。
實施例108. 如實施例49至107中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體在SF 6蝕刻方法後展現0.27至0.28 µm之梯級高度變化。
實施例109. 如實施例49至108中任一項之方法，其中該模具之該內壁包含至少一個導電箔。
實施例110. 如實施例109之方法，其中該至少一個導電箔包含石墨、鈮、鎳、鉬或鉑。
實施例111. 如實施例109至110中任一項之方法，其中該模具、該上衝頭及該下衝頭包含至少一種石墨材料。
實施例112. 如實施例111之方法，其中該至少一種石墨材料之粒徑選自由以下組成之群：1至50 µm、1至40 µm、1至30 µm、1至20 µm、5至50 µm、5至40 µm、5至30 µm、5至20 µm、5至15 µm及5至10 µm。
實施例113. 如實施例111至112中任一項之方法，其中該至少一種石墨材料之密度選自由以下組成之群：1.45至2.0 g/cc、1.45至1.9 g/cc、1.45至1.8 g/cc、1.5至2.0 g/cc、1.6至2.0 g/cc、1.7至2.0 g/cc及1.7至1.9 g/cc。
實施例114. 如實施例110至113中任一項之方法，其中該至少一種石墨材料之熱膨脹係數圍繞中心軸變化的至少一個量選自由以下組成之群：0.3×10 - 6/℃及更小、0.2×10 - 6/℃及更小、0.1×10 - 6/℃及更小、0.08×10 - 6/℃及更小以及0.06×10 - 6/℃及更小。
可以任何方式組合氧化釔燒結體之上述實施例及製造氧化釔燒結體之方法且可組合實施例。因此，可組合上述特徵來描述氧化釔體及/或方法，且反之亦然，如下文描述中所概述。
建議氧化釔燒結體作為用於電漿蝕刻加工室部件的材料，該材料藉由如本文所揭示之燒結方法製備。此等部件可包括窗、噴嘴、蓮蓬頭、(蝕刻)室襯裡、混合歧管、晶圓支撐件、電子晶圓夾盤及各種環，諸如聚焦環及保護環，以及其他組件。
現將詳細參考特定實施例。在隨附圖式中說明特定實施例之實例。雖然本發明將結合此等特定實施方案進行描述，但應理解其並不意欲將本發明限於此類特定實施例。相反，以下描述意欲涵蓋如可包括於如由隨附申請專利範圍定義之精神及範疇內的替代例、修改及等效物。在以下描述中，闡述了許多特定細節，以便提供對所揭示實施例之透徹理解。可在無此等特定細節中之一些或全部的情況下實踐本發明。 定義
如本文所用，術語「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」及「晶圓基板」可互換使用。用於半導體裝置工業中之晶圓或基板之直徑通常為例如200 mm或300 mm或450 mm。
如本文所用，術語「氧化釔燒結體」與「燒結物」、「本體」或「燒結體」或「燒結陶瓷體」同義，且係指包含氧化釔且在經受如本文中所揭示之由氧化釔粉末產生單塊氧化釔燒結體的壓力及熱處理製程之後形成的固體物件。
如本文所用，術語「純度」係指如本文所揭示通常被認為在可形成氧化釔燒結體之起始材料中應用係有害的各種污染物之存在。
如本文所用，術語「雜質」係指存在於可形成氧化釔燒結體的起始材料中或加工期間的通常被認為在應用中係有害的彼等元素、化合物或其他物質。相對於氧化釔粉末或氧化釔燒結體之總質量量測雜質含量。
如本文所用，術語「工具集」係一個可包含模具及上衝頭及下衝頭的工具集。
如本文所用，術語「剛度」與「剛性」與楊氏模數(Young's modulus)之定義同義且一致，如熟習此項技術者所知。
當關於熱處理製程使用時，術語「煅燒(calcination)」或「煅燒(calcining)」在本文中應理解為意謂熱處理步驟，該等步驟可在空氣中在小於燒結溫度之溫度下在粉末上進行，以移除水分及/或雜質，增加結晶度且在一些情形中修改粉末混合物表面積。
當施加於陶瓷之熱處理時，術語「退火」在本文中理解為意謂在空氣中在所揭示氧化釔燒結體上進行至一定溫度且使其緩慢冷卻以減輕應力及/或使化學計量正規化之熱處理。
如此項技術中已知之術語「Sa」係關於表面之算術平均高度且表示跨越表面的算術平均值之絕對值。根據ISO 25178-2-2012第4.1.7節之界定為界定區域(A)內縱座標值之絕對值的算術平均值。
如此項技術中已知之術語「Sdr」係指被定義為「展開界面面積比」的計算數值，且為實際表面積增加超出完全平坦表面之面積的比例表達式。根據ISO 25178-2-2012第4.3.2節之界定為界定區域(A)內規模受限表面之界面區域相對於界定區域之增量比率。
如此處所用，術語「約」在其與數值結合使用時允許加或減10%之差異。
在以下描述中，給定範圍包括下臨限值及上臨限值。因此，參數A在「X及Y之範圍內」或「X與Y之間的範圍內」的意義上之定義意謂A可為X、Y之任何值及X與Y之間的任何值。因此，參數A在「至多Y」或「至少X」的意義上之定義分別意謂A可為小於Y及Y之任何值，或A可為X及大於X之任何值。 氧化釔燒結體
以下實施方式假定本發明在諸如作為製造半導體晶圓基板之部分所必要的蝕刻室或沈積室之設備內實施。然而，本發明不限於此。工件可具有各種形狀、大小以及材料。除了半導體晶圓加工之外，可利用本發明之其他工件包括各種物件，諸如精細特徵大小無機電路板、磁性記錄媒體、磁性記錄感測器、鏡面、光學元件、微機械裝置及其類似物件。
關於蝕刻或沈積製程之半導體加工反應器需要由對反應性電漿之化學腐蝕具有高耐性之材料構造的腔室組件，該等反應性電漿為半導體加工所必需的。此等電漿或加工氣體可包含各種鹵素、氧及基於氮之化學物質，諸如O 2、F、Cl 2、HBr、BCl 3、CCl 4、N 2、NF 3、NO、N 2O、C 2H 4、CF 4、SF 6、C 4F 8、CHF 3、CH 2F 2。如本文所揭示之耐腐蝕材料之使用在使用期間提供減少之化學腐蝕。
圖1及圖2說明蝕刻室/沈積室，在該等蝕刻室/沈積室中本文中所揭示之氧化釔燒結體係有用的。如圖1中所示，本發明技術之實施例可包括半導體加工系統 9500，亦標示為加工系統。加工系統 9500可包括遠端電漿區。遠端電漿區可包括電漿源 9502，其亦標示為遠端電漿源(「RPS」)。
加工系統 9500，其可表示電容耦合式電漿(CCP)加工設備，包含真空室 9550、真空源及夾盤 9508，在該夾盤上支撐有亦標示為半導體基板的晶圓 50。窗 9507形成真空室 9550之上壁。窗 9507可由根據前述實施例中之一者的氧化釔燒結體製造。在一些實施例中，窗 9507可部分由根據前述實施例中之一者的氧化釔燒結體製造。 9506可為進氣口，進氣口總成氣體遞送系統噴射器或噴嘴可由氧化釔燒結體製造。氣體噴射器 9506可包含與窗相同或不同材料之單獨構件。
在真空室 9550之窗 9507外部提供電漿源 9502，以用於容納待加工晶圓 50。在真空室 9550中，可藉由將加工氣體供應至真空室 9550且將高頻功率供應至電漿源 9502來產生電容耦合式電漿。藉由使用因此產生的電容耦合式電漿，在晶圓 50上執行預定電漿加工。具有預定圖案之平面天線廣泛用於電容耦合式加工系統 9500之高頻天線。
加工系統 9500可進一步包括經設計以攜載晶圓 50之靜電夾盤 9508。夾盤 9508可包含用於支撐晶圓 50之定位盤 9509。定位盤 9509可具有安置於定位盤內接近定位盤 9509之支撐表面的夾持電極，以在安置於定位盤 9509上時靜電保持晶圓 50。夾盤 9508可包含：基座 9511，其具有支撐定位盤 9509之環形延伸；及軸 9510，其安置於基座與定位盤之間以將定位盤支撐於基座上方，使得在定位盤 9509與基座 9510之間形成空間，其中軸 9510支撐接近定位盤 9509之周邊邊緣的定位盤。定位盤 9509可由根據前述實施例中之一者的氧化釔燒結體製造，以使可能染污晶圓之產生粒子最小化。
在物理氣相沈積(PVD)製程中，圍繞基板周邊提供包含蓋環 9514之基板環。蓋環 9514通常包圍晶圓且具有放置於定位盤 9509之晶圓支撐表面上的端緣或凸緣。蓋環 9514屏蔽定位盤 9509之側壁表面及周邊邊緣，防止沈積製程殘餘物，否則該等側壁表面及周邊邊緣將暴露於腔室中之激勵氣體。因此，蓋環 9514減少製程殘餘物在定位盤 9509上積聚。該積聚之製程殘餘物最終會剝落且污染晶圓。蓋環 9514可由根據前述實施例中之一者的氧化釔燒結體製造。
蓋環 9514亦可減少激勵氣體對定位盤 9509之侵蝕。提供蓋環 9514亦降低夾盤及/或定位盤 9509需要清潔之頻率，此係因為蓋環自身可自腔室定期移除，且例如用HF及HNO 3清潔，以移除在基板加工週期期間在環上積聚之製程殘餘物。蓋環 9514之配置可見於圖1中，其中其覆蓋定位盤 9509支撐表面之部分。定位盤 9509表面之其他部分可由頂部屏蔽環 9512及/或屏蔽環 9513覆蓋。為具有適當高的耐侵蝕性及耐腐蝕性，頂部屏蔽環 9512及/或屏蔽環 9513可由根據前述實施例中之一者之氧化釔燒結體製造。
如圖2中所示，本發明技術之另一實施例可包括半導體加工系統 9600。加工系統 9600，其可表示感應耦合式電漿(ICP)加工設備，包含真空室 9650、真空源及夾盤 9608，在該夾盤上支撐有亦標示為半導體基板的晶圓 50。蓮蓬頭 9700形成上壁或安裝在真空室 9650之上壁下方。陶瓷蓮蓬頭 9700包括與複數個蓮蓬頭出氣口流體連通之充氣間，以供將加工氣體供應至真空室 9650之內部。此外，蓮蓬頭 9700可包含經組態以容納中心氣體噴射器之中心開口。RF能量源供給加工氣體能力使其進入電漿狀態以加工半導體基板。可獨立地控制由中心氣體噴射器供應之加工氣體之流速及由陶瓷蓮蓬頭 9700供應之加工氣體之流速。加工系統 9600可包含可由根據前述實施例中任一項之氧化釔燒結體製造的蓮蓬頭 9700。蓮蓬頭 9700可與氣體遞送系統 9606流體連通。氣體遞送系統 9606可由氧化釔燒結體製造，且可具有由氧化釔燒結體製造之噴射器或噴嘴 9714。
系統 9600可進一步包括經設計以攜載晶圓 50之夾盤 9608。夾盤 9608可包含用於支撐晶圓 50之定位盤 9609。定位盤 9609可由介電材料形成且可具有安置於定位盤內接近定位盤 9609之支撐表面的夾持電極，以在安置於定位盤 9609上時靜電地保持晶圓 50。夾盤 9608可包含：基座 9611，其具有支撐定位盤 9609之環形延伸；及軸 9610，其安置於基座與定位盤之間以將定位盤支撐於基座上方，使得在定位盤 9609與基座 9611之間形成空間，其中軸 9610支撐接近定位盤 9609之周邊邊緣的定位盤。定位盤 9609可由根據前述實施例中之一者的氧化釔燒結體製造，以使可能污染晶圓之產生粒子最小化。
蓮蓬頭 9700之表面之部分可由屏蔽環 9712覆蓋。蓮蓬頭 9700之表面之部分，尤其蓮蓬頭 9700之表面之徑向側可由頂部屏蔽環 9710覆蓋。定位盤 9609之支撐表面之部分可由蓋環 9614覆蓋。定位盤 9609之表面的其他部分可由頂部屏蔽環 9612及/或絕緣體環 9613覆蓋。為具有適當高的耐侵蝕性及耐腐蝕性，蓋環 9614及/或頂部屏蔽環 9612及/或絕緣體環 9613可由根據前述實施例中之一者之氧化釔燒結體製造。
蓮蓬頭 9700可包含兩個平行板，其兩者可包含根據本文中所揭示之實施例中之一者的氧化釔燒結體或由其組成。兩個板可彼此耦接以界定板之間的體積。板之耦接可為提供貫通上部板及下部板之流體通道。蓮蓬頭可經由該等流體通道分佈加工氣體，該等氣體在藉由腔室電漿區中或來自電漿源之電漿激發之後含有電漿流出物。離子抑制器(未圖示)可接近第二板之表面安置且可與第二板之表面耦接。離子抑制器可包含根據本文所揭示之實施例中之一者的氧化釔燒結體或由其組成。離子抑制器可經組態以減少至容納晶圓之加工室之加工區中的離子遷移。離子抑制器可經由結構界定複數個孔口。
如本文中所揭示之氧化釔燒結體可用作電漿加工室中之燒結陶瓷組件，該等電漿加工室經設計以用於半導體蝕刻及/或沈積製程。
腔室組件材料，諸如具有極高純度之氧化釔燒結陶瓷體之供應提供雜質少之均一耐腐蝕體，該均勻耐腐蝕體可充當起始腐蝕之部位。對侵蝕或散裂之高耐性亦為用作腔室組件之材料所需。然而，如上文所描述之侵蝕可起因於組件表面經由使用諸如Ar之惰性電漿氣體之離子轟擊。此外，由具有以精細規模分佈之極小孔隙率的高緻密材料構造之組件可在蝕刻及沈積製程期間提供較大耐腐蝕性及耐侵蝕性。因此，較佳腔室組件可為由在電漿蝕刻、沈積及腔室清潔製程期間具有較高耐侵蝕性及耐腐蝕性之材料構造的彼等組件。此耐腐蝕性及耐侵蝕性防止在半導體加工期間粒子自組件表面釋放至蝕刻室或沈積室中。此類粒子釋放或脫落至加工室中造成晶圓污染、半導體製程變動及半導體裝置水準良率損失。
另外，腔室組件必須擁有針對操作性能之足夠撓曲強度及剛性，該操作性能為組件安裝、移除、清潔及加工室內使用期間所需的。高機械強度使能夠將具有精細幾何結構之錯綜特徵機械加工成燒結陶瓷體，而不會斷裂、開裂或碎裂。撓曲強度或剛性在用於目前先進技術加工工具的大組件尺寸下變得尤其重要。在一些組件應用中，諸如直徑為約200 mm至600 mm之室窗，顯著應力在使用期間在真空條件下置於窗上，迫使選擇高強度及剛性之耐腐蝕材料。
如本文中所揭示之燒結陶瓷體及相關組件藉助於下文將描述之特定材料特性及特徵在半導體加工室內提供改良之耐電漿蝕刻性及增強之受清潔能力。
本發明揭示一種氧化釔燒結體，其總雜質含量為40 ppm或更少，密度不小於4.93 g/cm 3，其中氧化釔燒結體之至少一個表面包含至少一個孔隙，其中沒有孔隙之直徑大於5 µm。藉由在如下文中將經更詳細描述之火花電漿燒結(SPS)製程中應用特定製備程序及若干特定製程參數提供本文中所揭示之氧化釔燒結體。
藉由本文所揭示之方法製造的氧化釔燒結體之總雜質含量為40 ppm或更少。在一個實施例中，氧化釔燒結體之總雜質含量為35 ppm或更少。在另一實施例中，氧化釔燒結體之總雜質含量為30 ppm或更少。在另一實施例中，氧化釔燒結體之總雜質含量為25 ppm或更少。在又一實施例中，氧化釔燒結體之總雜質含量為20 ppm或更少。在又一實施例中，氧化釔燒結體之總雜質含量為15 ppm或更少。在又一實施例中，氧化釔燒結體之總雜質含量為10 ppm或更少。在再一實施例中，氧化釔燒結體之總雜質含量為5 ppm或更少。在再一實施例中，氧化釔燒結體之總雜質含量為0 ppm。如本文所用，術語「雜質」係指除氧化釔以外的任何元素或化合物。例示性雜質包括但不限於矽、鈣、鈉、鍶、氧化鋯、鎂、鉀、鐵、磷、硼及低熔融溫度元素，諸如鋅、錫及銦。因此，在實施例中，氧化釔燒結體實質上不含或不含此等雜質中之至少一者或全部。
本文中所揭示之氧化釔燒結體的密度不小於4.93 g/cm 3，其為理論密度之98%。根據D.R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics第84版，2012 (「CRC手冊(the CRC Handbook)」)，氧化釔之理論密度為5.03 g/cm 3。根據本發明製造之氧化釔燒結體的密度不小於98%、較佳不小於98.5%、更佳不小於99%、再更佳不小於99.5%、再更佳不小於100%之氧化釔之理論密度，如CRC手冊中所陳述。因此，換言之，本文中所揭示之氧化釔燒結體具有不小於4.93 g/cm 3(不小於理論值之98%)之密度。在一些實施例中，本文所揭示之氧化釔燒結體之密度不小於4.96 g/cm 3(不小於理論值之98.5%)。在其他實施例中，本文中所揭示之氧化釔燒結體具有不小於4.98 g/cm 3(不小於理論值之99%)之密度。在再其他實施例中，本文中所揭示之氧化釔燒結體具有不小於5.01 g/cm 3(不小於理論值之99.5%)之密度。對密度量測偏差進行量測且發現該偏差為0.002 g/cm 3，因此量測可相應地變化。使用如熟習此項技術者已知之阿基米德方法(Archimedes method)進行密度量測。因此，本文中所揭示之氧化釔燒結體不包括氧化釔與其他氧化物(諸如氧化鋯或氧化鋁)之混合物；相反，本文中所揭示之氧化釔燒結體基本上由符合上文所描述之潛在雜質含量的氧化釔組成或由其組成。先前技術解決方案需要組合氧化釔與其他材料以提高應用於大規模半導體加工系統所需要的撓曲強度。如所揭示之方法與材料之組合提供大於98%理論密度的高純度燒結體。亦可藉由控制至少一個最長尺寸之密度變化使得能夠成功構造最長(大於約200 mm至600 mm)尺寸之氧化釔燒結體。密度小於98%亦可能具有較大密度變化及減少之強度及操作性能，因此在可能為最長尺寸的至少一個尺寸上期望至少98%密度以及小於3%密度變化。使用根據ASTM C1161-13的4點彎曲技術測試如所揭示之固態氧化釔體，且量測平均撓曲強度為224 MPa及標準差為14 MPa。
已知機械強度特性隨著粒徑減小而改良。為了評定粒徑，根據ASTM標準E112-2010「Standard Test Method for Determining Average Grain Size」之中所描述之海恩線性截距程序(Heyn Linear Intercept Procedure)進行線性截距粒徑量測。亦使用如此項技術中已知之電子背向散射繞射(EBSD)技術進行粒徑量測。為了滿足作為100 mm至600 mm大組件用於反應器室中之高撓曲強度及剛性的要求，燒結陶瓷體可具有以下微小粒徑，例如0.1 µm至25 µm之粒度d50，在一些實施例中1 µm至20 µm之粒徑，在其他實施例中0.5 µm至20 µm，在其他實施例中0.5 µm至15 µm，在另外其他實施例中，0.5 µm至10 µm，在其他實施例中0.75至5 μM，在其他實施例中2 µm及更小，在其他實施例中1.5 µm及更小，及在又其他實施例中，1.0 µm及更小。此等粒徑可產生具有以下之根據ASTM C1161-13之4點彎曲撓曲強度的氧化釔燒結體：250 MPa及更小、300 MPa及更小，較佳350 MPa及更小，較佳至少400 MPa及更小。粒徑直徑過大，約大於25 μm，可產生具有較低撓曲強度值之燒結體，該等較低撓曲強度值可能使該等燒結體不適合用作尤其大尺寸之蝕刻及/或沈積室組件，因此較佳地，氧化釔燒結體具有較佳小於13 μm (亦即，自0.01 µm至13 µm)之平均粒徑。
本文中所揭示之氧化釔燒結體在表面上及在整個本體中均具有極小孔隙。較佳地，氧化釔燒結體僅由根據本文所揭示之方法製造的氧化釔組成，因此完整本體在整個本體中具有孔隙。換言之，在表面上量測之多孔結構可表示如下文將更詳細描述的整體氧化釔體內之孔隙率水準。
本文中所揭示之氧化釔燒結體之至少一個表面包含至少一個孔隙，其中沒有孔隙之直徑大於5 µm。在一個實施例中，沒有孔隙之直徑大於4.0 µm。在一個實施例中，沒有孔隙之直徑大於3 µm。在另一實施例中，沒有孔隙之直徑大於2 µm。在又一實施例中，沒有孔隙之直徑大於1.5 µm。在另一實施例中，沒有孔隙之直徑大於1 µm。孔徑可藉由例如掃描電子顯微鏡(SEM)量測。
氧化釔體之特徵進一步在於對於氧化釔燒結體之至少一個表面上的所有孔隙中之95%或更多者，具有最大孔徑為1.50 µm之孔徑分佈，較佳地對於氧化釔燒結體之至少一個表面上的所有孔隙中之97%或更多者，最大孔徑為1.75 µm，更佳地對於99%或更多者，最大孔徑為2.00 µm。藉由跨越5 mm×5 mm經拋光樣本範圍之孔隙率量測，經由使用獲自Phenom XL掃描電子顯微鏡之SEM影像，測定孔徑分佈及整體孔隙率。自樣本之左側、右側、頂部及底部區獲取代表性SEM影像以收集關於跨越整個樣本區域之材料均勻性的資訊。分析四個在1000×下具有269 μm×269 μm之影像尺寸的影像及四個在5000×下具有53.7 μm×53.7 μm之影像尺寸的影像，以測定跨越總影像量測區域之孔隙數、孔隙面積分數及孔徑。量測孔隙率之總影像量測面積為0.301 mm 2。將影像導入至ImageJ軟體中用於使用對比技術進行孔隙率分析。ImageJ已在美國國立衛生研究院(National Institute of Health；NIH)研發且為用於科學多維影像之影像加工的基於Java之公共領域影像加工及分析程式。
較佳地，如藉由本文所揭示之方法所測定，至少一個孔隙佔據小於0.2%、更佳小於0.15%且最佳小於0.1%之氧化釔燒結體之至少一個表面之表面積。
根據本發明研發製備之氧化釔燒結體較佳展現以下梯級高度：對於如本文所揭示之兩步CF 4/O 2蝕刻製程，0.2至0.98 µm，對於如本文所揭示之SF 6蝕刻製程，0.27至0.28 µm；及對於如本文所揭示之O 2蝕刻製程，0.1至0.13 µm。作為蝕刻加工之結果的梯級高度可藉由使用Keyence 3D雷射掃描共聚焦數位顯微鏡型號VK-X250X在20×放大率下直接量測。使用樣本之蝕刻及未蝕刻區中之選定區域來產生單獨參考平面。跨越此等參考平面之間之三個量測的平均高度差被視為梯級高度。
本文所揭示之氧化釔燒結體展現小於約375,000 µm 3、較佳小於約325,000 µm 3、更佳小於約275,000 µm 3、更佳小於約175,000 µm 3之計算CF 4/O 2蝕刻體積。
所揭示之蝕刻體積、蝕刻速率及梯級高度係根據兩步蝕刻方法來量測，其中該方法係在至少一個表面之10 mm×5 mm區域上執行，該區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90 sccm CF 4流速及30 sccm氧氣流速，持續1500秒，且該第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中依序重複該第一步驟及該第二步驟直至該第一步驟中之CF 4暴露時間達至24小時。作為蝕刻加工之結果的蝕刻體積可藉由使用Keyence 3D雷射掃描共聚焦數位顯微鏡型號VK-X250X在20×放大率下計算。將界定於樣本蝕刻區中之選定區域與參考平面之高度進行比較，且由參考平面之高度與蝕刻表面之間的選定區域界定的體積為所計算蝕刻體積。由此，所計算蝕刻體積係關於在蝕刻製程期間移除的氧化釔體之體積。
本文所揭示之氧化釔燒結體展現的蝕刻速率計算值小於約1.0 nm/min，較佳小於約0.90 nm/min，更佳小於約0.8 nm/min，更佳小於約0.7 nm/min，更佳小於約0.6 nm/min，更佳小於約0.5 nm/min，更佳小於約0.4 nm/min，更佳小於約0.3 nm/min。量測此蝕刻速率，其中執行兩步蝕刻方法，其中至少一個表面之10 mm×5 mm區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速、600伏偏壓以及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續1500秒，且第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中第一及第二步驟依序重複直至第一步驟中CF 4暴露時間為24小時。自所量測之梯級高度及蝕刻時間計算蝕刻速率。由此，蝕刻速率係關於在所指示蝕刻製程期間移除的氧化釔體之厚度減少。
本文中所揭示之氧化釔燒結體之特徵進一步在於具有根據ISO標準25178-2-2012第4.3.2節小於250×10 - 5、更佳小於225×10 - 5、最佳小於200×10 - 5的未蝕刻區域中展開界面面積比Sdr。通常，表面經拋光，隨後測定未蝕刻區域中展開界面面積比。
本文中所揭示之氧化釔燒結體之特徵進一步在於具有根據ISO標準25178-2-2012第4.3.2節小於1500×10 - 5、更佳小於1300×10 - 5、更佳小於1000×10 - 5、更佳小於800×10 - 5且最佳小於600×10 - 5的蝕刻區域中展開界面面積比Sdr。藉由兩步蝕刻方法測定此界面擴展比，其中至少一個表面之10 mm×5 mm區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速、600伏偏壓以及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續300秒，且第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中步驟1及2依序重複持續6小時之總蝕刻時間。
本文中所揭示之氧化釔燒結體之特徵進一步在於具有根據ISO標準25178-2-2012第4.3.2節小於250×10 - 5、更佳小於225×10 - 5、最佳小於200×10 - 5的未蝕刻區域中展開界面面積比Sdr；及具有根據ISO標準25178-2-2012第4.3.2節小於1500×10 - 5、更佳小於1300×10 - 5、更佳小於1000×10 - 5、更佳小於800×10 - 5且最佳小於600×10 - 5的蝕刻區域中展開界面面積比。藉由兩步蝕刻方法測定此後一界面擴展比，其中至少一個表面之10 mm×5 mm區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速、600伏偏壓以及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續300秒，且第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中，步驟1及2依序重複持續6小時之總蝕刻時間。
本文所揭示之氧化釔燒結體之特徵進一步在於具有根據ISO標準25178-2-2012第4.1.7節小於10 nm、更佳小於8 nm且最佳小於5 nm的未蝕刻區域中算術平均高度Sa。通常，表面經拋光，隨後測定未蝕刻區域中之算術平均高度。
本文所揭示之氧化釔燒結體之特徵進一步在於展現根據ISO標準25178-2-2012第4.1.7節小於20 nm、更佳小於16 nm且最佳小於12 nm之算術平均高度Sa。在兩步蝕刻方法之後量測此算術平均高度，其中至少一個表面之10 mm×5 mm區域在10毫托壓力、20 sccm氬氣流速、600伏偏壓以及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟以及第二步驟，其中第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續300秒，且第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中步驟1及2依序重複持續6小時之總蝕刻時間。
在另一實施例中，氧化釔燒結體展現根據ISO標準25178-2-2012第4.1.7節小於10 nm、更佳小於8 nm且最佳小於5 nm之算術平均高度Sa；以及根據ISO標準25178-2-2012第4.1.7節具有小於20 nm、更佳小於16 nm且最佳小於12 nm之算術平均高度Sa。達成後一算術平均高度Sa，其中具有至少一個表面之10 mm×5 mm區域的氧化釔燒結體樣本在10毫托、20 sccm氬氣流速及600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受兩步蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中第一步驟具有90 sccm CF 4流速、30 sccm氧氣流速，持續300秒，且第二步驟具有0 sccm CF 4流速及100 sccm氧氣流速，持續300秒，其中步驟1及2依序重複持續6小時之總蝕刻時間。
上述氧化釔燒結體在蝕刻製程中展現改良之表現且可容易用作製備蝕刻室組件的材料。用於蝕刻室組件之氧化釔材料，通常為由氧化釔製造之塗層，如上文已提及，直至現今，遭遇的主要問題為在惡劣蝕刻條件下產生污染待加工產品之粒子。避免此類污染且因此避免在蝕刻條件下產生粒子之先前技術的重點主要在於所使用氧化釔材料之整體孔隙(百分比)特徵。將固體氧化釔燒結至足夠高密度之挑戰產生較低強度材料，該等低強度材料不適合於需要大(約大於100 mm)尺寸組件之半導體加工室。
本文中所揭示之氧化釔燒結體的介電損耗較低，至少部分歸因於如表9中所列之燒結體之高純度。介電損耗亦可受粒徑及粒徑分佈影響。微小粒徑亦可提供降低的介電損耗，且由此在較高頻率下使用時減少加熱。表13列出如本文所揭示之例示性氧化釔燒結體之粒徑。對於包含高純度微小粒徑氧化釔之燒結陶瓷體，可達成約1×10 - 4至5×10 - 2、較佳1×10 - 4至1×10 - 2、較佳1.0×10 - 2至5×10 - 2、較佳1.5×10 - 2至5.0×10 - 2且更佳1×10 - 4至1×10 - 3的介電損耗。
根據以上特徵，所產生的氧化釔燒結體之微觀結構及表面係均勻的，其中較小體積之材料經蝕刻同時維持較低表面擴展面積，且由此增加蝕刻應用中之產品的生命週期及較低粒子產生特徵。
本文中所揭示之氧化釔燒結體為特定製備製程之結果。氧化釔燒結體是否展現以上特徵可由熟習此項技術者藉由應用至少部分對應於標準程序(ISO標準)的本發明所揭示之量測方法容易地判定。因此，熟習此項技術者可藉由本說明書中充分指明的或對熟習此項技術者已知的測試或程序來即刻且積極驗證氧化釔材料是否滿足所主張之特徵。進行此等量測對於熟習此項技術者而言無需過度實驗。現在將詳細揭示該製程。 設備 / 火花電漿燒結工具
本文揭示一種火花電漿燒結(spark plasma sintering；SPS)工具，其包含：包含側壁之模具，該側壁包含內壁及外壁，其中內壁具有界定能夠容納至少一種陶瓷粉末之內部體積的直徑；及與模具可操作地耦接之上衝頭及下衝頭，其中上衝頭及下衝頭中之每一者具有界定直徑之外壁，該直徑小於模具之內壁之直徑，由此當上衝頭及下衝頭中之至少一者在模具之內部體積內移動時，在上衝頭及下衝頭中之每一者與模具之內壁之間產生間隙，其中間隙為10 µm至100 µm寬，及在一些實施例中，10 µm至70 µm寬，且氧化釔粉末具有1至10 m 2/g之比表面積(SSA)，如根據ASTM C1274所量測。
圖3描繪具有用於燒結陶瓷粉末之簡化模具/衝頭配置的SPS工具 1。通常，如一般熟習此項技術者將認識到，模具/衝頭配置在真空室(未展示)內。參考圖3，火花電漿燒結工具 1包含有包含側壁之模具系統 2，該側壁包含具有界定能夠容納氧化釔粉末 5之內部體積的直徑之內壁 8。
再參考圖3，火花電漿燒結工具 1包含與模具系統 2可操作地耦接之上衝頭 4及下衝頭 4 '，其中上衝頭 4及下衝頭 4 '中之每一者具有界定直徑之外壁 11，該直徑小於模具系統 2之內壁 8之直徑，由此當上衝頭 4及下衝頭 4 '中之至少一者在模具系統 2之內部體積內移動時，在上衝頭 4及下衝頭 4 '中之每一者與模具系統 2之內壁 8之間產生間隙 3。
模具系統 2及上部 4及下部 4 '衝頭可包含至少一種石墨材料。在某些實施例中，本文所揭示之一或多種石墨材料可包含至少一種等向性石墨材料。在其他實施例中，本文所揭示之一或多種石墨材料可包含至少一種加固石墨材料(諸如碳-碳複合物)，及在等向性石墨材料之基質中包含纖維、粒子或薄片或網狀物或其他導電性材料(諸如碳)之層合物的石墨材料。在其他實施例中，模具以及上衝頭及下衝頭可包含此等等向性及加固石墨材料之組合。
用於工具之部件中之一些或所有，諸如模具 6及衝頭 4及 4 '之石墨材料可包含多孔石墨材料，其展現約5%至約20%、約5%至約17%、約5%至約13%、約5%至約10%、5%至約8%、約8%至約20%、約12%至20%、約15%至約20%、約11%至約20%、約5%至15%、6%至約13%且較佳約7%至約12%之孔隙率。
較佳地，石墨材料之平均孔徑(pore size/pore diameter)為0.4至5.0 µm，較佳為1.0至4.0 µm且包含表面孔徑為至多30 µm，較佳為至多20 µm，較佳為至多10 µm之孔隙。更佳地，可能存在表面孔徑為10至30 µm之孔隙。
用於如本文中所揭示之工具之石墨材料的平均粒徑可為＜0.05 mm，較佳為＜0.04 mm，較佳為＜0.03 mm，較佳為＜0.028 mm，較佳為＜0.025 mm，較佳為＜0.02 mm，較佳為＜0.018 mm，較佳為＜0.015 mm且較佳為＜0.010 mm。
用於如本文中所揭示之工具之石墨材料的平均粒徑可為＞0.001 mm，較佳＞0.003 mm，較佳＞0.006 mm，較佳＞0.008 mm，較佳＞0.010 mm，較佳＞0.012 mm，較佳＞0.014 mm，較佳＞0.020 mm，較佳＞0.025 mm且較佳＞0.030 mm。
用於如本文中所揭示之工具之石墨材料的密度可為≥1.45 g/cm 3，較佳≥1.50 g/cm 3，較佳≥1.55 g/cm 3，較佳≥1.60 g/cm 3，較佳≥1.65 g/cm 3，較佳≥1.70 g/cm 3且較佳≥1.75 g/cm 3。
用於如本文中所揭示之工具之石墨材料的密度可為≤2.0 g/cm 3，較佳≤1.90 g/cm 3，較佳≤1.85 g/cm 3且較佳≤1.80 g/cm 3。
在實施例中，石墨材料跨越約400℃至約2,000℃ (或至少如圖中所說明，至約1200℃)之溫度範圍之熱膨脹係數(CTE)為≥3.3×10 - 6/℃、≥3.5×10 - 6/℃、≥3.7×10 - 6/℃、≥4.0×10 - 6/℃、≥4.2×10 - 6/℃、≥4.4×10 - 6/℃、≥4.6×10 - 6/℃及≥4.8×10 - 6/℃。
在實施例中，石墨材料跨越約400℃至約2,000℃ (或至少如圖中所說明，至約1200℃)之溫度範圍之熱膨脹係數(CTE)可為≤7.2×10 - 6/℃，較佳≤7.0×10 - 6/℃，較佳≤6.0×10 - 6/℃，較佳≤5.0×10 - 6/℃，較佳≤4.8×10 - 6/℃且較佳≤4.6×10 - 6/℃。
表1列舉如本文中所揭示之例示性石墨材料之特性。 表 1
特性 範圍
密度(g/cc) 1.45至2.0
平均粒度(µm) 1至＜ 50
電阻率(Ohm-cm) 0.001至0.003
撓曲強度(MPa) 40 - 160
壓縮強度(MPa) 80 - 260
在400℃至1400℃下之CTE (×10 -6/C) 3.3至7
孔隙率% 5至20
平均孔徑(µm) 0.4至5
熱K (W/m K) 40-130
肖氏硬度(HSD) 55至59
抗拉強度(MPa) 25至30
彈性模數(GPa) 9至11
雜質/灰分(ppm) 3至500
模具系統 2包含模具 6及視需要但較佳地至少一個位於模具之內壁上之導電箔 7，如圖4A至圖4C中之實施例所描繪。導電箔於模具之內壁上之數目不受限制，且1、2、3、4、5、6、7、8、9或10個導電箔可作為環形襯裡設置於模具 6與上部 4及下部 4 '衝頭中之每一者之間，其中模具系統 2(包括至少一個導電箔(若存在))之內壁 8及上衝頭及下衝頭中之每一者的外壁 11界定間隙 3。至少一個導電箔 7可包含在根據如本文中所揭示之方法的溫度範圍內穩定之石墨、鈮、鎳、鉬、鉑及其他延性導電材料以及其組合。
在某些實施例中，導電箔可包含如本文中所揭示之可撓性及可壓縮的石墨箔，其具有以下特徵中之一或多者： ●   超過99重量%、較佳超過99.2重量%、更佳超過99.4重量%、更佳超過99.6重量%、更佳超過99.8重量%、更佳超過99.9重量%、更佳超過99.99重量%且更佳超過99.999重量%之碳含量； ●   少於500 ppm、較佳少於400 ppm、更佳少於300 ppm、更佳少於200 ppm、更佳少於100 ppm、更佳少於50 ppm、更佳少於10 ppm、更佳少於5 ppm且更佳少於3 ppm之雜質； ●   石墨箔介於4.0至6.0 MPa、較佳4.2至5.8 MPa且更佳4.4或5.6 MPa之範圍內之拉伸強度；及/或 ●   石墨箔之容積密度，其較佳在1.0至1.2 g/cc、較佳1.02至1.18 g/cc、更佳1.04至1.16 g/cc且更佳1.06至1.16 g/cc之範圍內。
在實施例中，至少一個箔通常包含石墨。在某些實施例中，作為模具系統之部件的至少一個箔可包含模具之表面與上衝頭及下衝頭中之每一者之間的環形襯裡。
石墨箔可改良在燒結期間跨越粉末之溫度分佈。表2列出根據如本文中所揭示之實施例之例示性石墨箔，諸如Neograf Grafoil®、Sigraflex®石墨箔及Toyo Tanso Perma-Foil®之特性。 表 2
厚度(mm) 0.030至0.260
密度(Mg/m3) 0.5至2
抗拉強度(MPa) 4.9 - 6.3
電阻率(µOhm-m；25℃) (平行於表面) 5至10
電阻率(µOhm-m；25℃) (垂直於表面) 900至1100
在350℃至500℃下之CTE (×10 -6/C；平行於表面) 5至5.5
在350℃至500℃下之CTE (垂直於表面) 2 x 10 -4
壓縮性(%) 40 - 50
恢復(%) 10至20
熱導率(在25℃下之W/mK；平行於表面) 175至225
熱導率(在25℃下之W/mK；垂直於表面) ~ 5
雜質/灰分(重量%) ＜ 0.5
現參看圖4A、圖4B及圖4C，展示具有石墨箔配置之實施例之SPS工具集。氧化釔粉末 5安置於上衝頭及下衝頭 4及 4 '中之至少一者與間隙 3之間，該間隙展示於上衝頭及下衝頭中之每一者之外壁 11與模具系統 2之內壁 8之間。圖4A、圖4B及圖4C分別描繪作為模具系統 2之一部分的導電箔 7之1至3個層及模具 6。因此，間隙自模具系統 2之內壁 8延伸至上衝頭及下衝頭中之每一者之外壁 11。間隙距離經配置以使得粉末可在加熱及燒結之前及/或在其期間脫氣，同時亦在衝頭與模具之間維持歐姆接觸(ohmic contact)以改良在加熱及燒結期間跨越氧化釔陶瓷粉末中之溫度分佈。
石墨箔 7之厚度可為例如0.025至0.260 mm，較佳為0.025至0.200 mm，較佳為0.025至0.175 mm，較佳為0.025至0.150 mm，較佳為0.025至0.125 mm，較佳為0.035至0.200 mm，較佳為0.045至0.200 mm，且較佳為0.055至0.200 mm。
間隙 3之距離係自最接近上衝頭及下衝頭 4及 4 '之箔 7之朝內表面開始量測至上衝頭及下衝頭中之每一者之外壁 11。間隙 3之距離之較佳範圍較佳為10至70 µm，較佳10至60 µm，較佳10至50 µm，較佳20至70 μm，較佳30至70 µm，較佳40至70 µm，較佳25至45 μm，較佳20至60 μm且較佳30至60 µm。
此外，模具系統 2之內壁 8與上衝頭 4及下衝頭 4 '中之每一者之外壁 11之間的間隙 3之寬度可由熟習此項技術者判定，使得一方面充分促進在預加熱、加熱及燒結製程期間粉末脫氣且在另一方面達成焦耳或電阻加熱及由此燒結之充分電接觸。若間隙 3之距離小於10 µm，則將上衝頭及下衝頭中之至少一者在模具系統之內部體積內移動且由此組裝工具集所需的力可能對工具集造成損壞。此外，小於10 μm之間隙 3可能不允許氧化釔粉末 5內之所吸附氣體、有機物、濕氣及其類似者逸出，此將在製造期間延長加工時間且可在氧化釔燒結陶瓷體中產生殘餘孔隙率，且由此密度降低。若在燒結氧化釔絕緣粉末時間隙 3之寬度大於70 µm，則可能發生局部過熱，在燒結期間在工具集內產生熱梯度。因此，為了形成大尺寸的氧化釔燒結陶瓷體，10至70 μm之間隙為較佳的。因此，在一些實施例中，當燒結氧化釔粉末時，模具系統 2之內壁 8與上衝頭及下衝頭中之每一者之外壁 11之間的間隙 3之距離較佳為10至70 µm，較佳為10至60 µm，較佳為10至50 µm，較佳為10至40 µm，較佳為20至70 µm，較佳為30至70 µm，較佳為40至70 µm，較佳為50至70 µm且較佳為30至60 µm。
此等熱梯度可產生較低總密度或容積密度及較大密度變化及脆弱且易於斷裂的氧化釔燒結陶瓷體。因此，當燒結如本文所揭示之氧化釔陶瓷粉末時，模具系統 2之內壁 8與上衝頭及下衝頭中之每一者之外壁 11之間的間隙 3的距離為10至70 µm，較佳為10至60 µm，較佳為10至40 µm，較佳為20至70 µm，較佳為40至70 µm，較佳為50至70 µm，較佳為30至70 µm且較佳為40至60 µm。在不意欲受特定理論束縛之情況下，咸信在燒結期間模具系統 2之內壁 8與上衝頭及下衝頭中之每一者之外壁 11之間的間隙距離在燒結製程期間有助於有機物、水分、吸附分子等之粉末脫氣。此引起大尺寸之氧化釔燒結陶瓷體具有高密度及低體積孔隙率、低密度變化及改良之機械特性，使得可容易地操作本體而不致斷裂。相對於燒結陶瓷體之最大尺寸，根據本文所揭示製造之燒結陶瓷體之尺寸可為100 mm至610 mm，且在一些實施例中為100 mm至625 mm。
實際上，上衝頭及下衝頭 4及 4 '並非始終圍繞中心軸完全對準。圖5A及圖5B為工具集 1之平面視圖，說明圍繞中心軸 9之上衝頭及下衝頭 4及 4 '、間隙 3、任何數目之導電箔 7及模具系統 2的對準。在實施例中，如圖5A中所描繪，間隙可圍繞中心軸 9為軸對稱的。在如圖5B中所描繪之其他實施例中，間隙可圍繞中心軸 9為不對稱的。在如所描繪之軸對稱及不對稱實施例中，當燒結氧化釔粉末以形成如本文中所揭示之氧化釔燒結陶瓷體時，間隙 3可以在10 μm至70 μm，且在一些實施例中10 μm至100 μm之間延伸。
間隙不對稱性效能可藉由在溫度範圍內執行絕對徑向CTE偏差分析來量測。(CTE描述物體之大小如何隨溫度改變而改變。特定言之，其量測恆定壓力下溫度之每度變化的大小變化率。)舉例而言，圖6展示與在1200℃下用作本文所揭示之設備之衝頭及模具的兩種等向性石墨材料(A及B)之平均CTE的徑向偏差。圖6展示對於在較大溫度範圍內成功維持所需間隙之材料，在例如室溫至2000℃下在x-y平面上與平均CTE之徑向偏差的最大變化不可＞0.3×10 - 6/℃。
因此，為在燒結如本文所揭示電阻率為1×10 + 10及更大之絕緣氧化釔粉末所需的溫度範圍內維持所需間隙 3，可較佳使與平均CTE之徑向偏差最小化，且因此，徑向偏差跨越相關溫度範圍較佳為0.3×10 - 6/℃及更小，較佳為0.25×10 - 6/℃及更小，較佳為0.2×10 - 6/℃及更小且較佳為0.18×10 - 6/℃及更小。在某些實施例中，較佳地，將與平均CTE之徑向偏差維持在0.16×10 - 6/℃及更小，較佳0.14×10 - 6/℃及更小，較佳0.12×10 - 6/℃及更小，較佳0.1×10 - 6/℃及更小，較佳0.08×10 - 6/℃及更小且較佳0.06×10 - 6/℃及更小，以跨越室溫至至多陶瓷粉末燒結溫度且包括至多約2,000℃設備工作溫度的溫度範圍提供所需間隙 3。需要跨越以下的圍繞中心軸 9之旋轉位置維持在x-y平面中與至少一種石墨材料之平均CTE的徑向偏差之所揭示範圍：0至360度、較佳0至270度、較佳0至180度、較佳0至90度、較佳0至45度、較佳小於10度、較佳小於5度、較佳約3度且較佳約一度，其每一者相對於模具及上部及/或下部衝頭之旋轉位置而言。
材料B顯示x-y平面上之不可接受的CTE膨脹，而材料A展現整個溫度範圍內之可接受的CTE膨脹。圖7 a)展示跨越圖6之兩種材料之x-y平面跨越溫度範圍的石墨材料CTE之標準差，以ppm/℃為單位，及b)CTE之絕對變異(δ)(以ppm/℃為單位，由最低至最高)。圖8描繪石墨材料A及B自400至1400℃之熱膨脹係數的變化。與平均CTE之徑向偏差之所需範圍可跨越具有如本文所揭示之CTE膨脹範圍的多個不同石墨材料適用而不受限。因此，滿足所揭示之徑向偏差範圍的石墨材料可具有例如4×10 - 6/℃至7×10 - 6/℃範圍內之CTE，且可適用於構造衝頭 4、 4 '及/或模具 6。在實施例中，較佳地，上衝頭 4及下衝頭 4 '之CTE小於或等於模具 6之CTE。下表列舉例示性材料A之x-y平面中之最大徑向偏差(CTE之最大變化)、平均CTE及CTE標準差。跨越溫度之CTE之最大變化的平均值經計算為0.083 ppm/℃。
表3
溫度(℃) CTE之最大變化(ppm/℃) 平均CTE (ppm/℃) 標準差CTE (ppm/℃)
200 0.077 3.357 0.030
400 0.059 3.543 0.028
600 0.064 3.843 0.027
800 0.092 4.069 0.033
1000 0.091 4.253 0.033
1200 0.079 4.387 0.028
1400 0.120 4.513 0.044
根據一實施例使用之特定工具集設計之優勢可產生總體技術效果以提供極高純度並且具有高且均勻之密度及低體積孔隙率的較大氧化釔陶瓷體，且由此在燒結製程，特定言之在根據本發明的SPS製程中朝向斷裂之傾向降低。因此，關於工具集所揭示之所有特徵亦適用於尺寸大於100 mm之燒結陶瓷體產品。
藉由使用如本文中所揭示之工具集，有可能在氧化釔粉末 5中達成更均質的溫度分佈，且製造氧化釔燒結陶瓷體，特定言之大尺寸(最大尺寸超出例如100 mm及/或200 mm)之氧化釔燒結陶瓷體，該氧化釔燒結陶瓷體具有極高(＞98%之氧化釔理論密度)及均勻之密度(在整個最大尺寸中＜4%變化)且由此朝向斷裂之傾向降低。字組「均質」意謂材料或系統在各點處具有實質上相同的特性；該材料或系統均勻而無不規則情況。因此，藉由「均質溫度分佈」意謂溫度分佈在空間上均勻且不具有相當大的梯度，亦即，存在實質上均勻的溫度，不論在水平x-y平面中沿陶瓷粉末 5之位置如何。
如所揭示之工具集可進一步包含間隔元件、墊片、襯裡及其他工具集組件。通常，此類組件由具有如本文中所揭示之特性的石墨材料中之至少一者製造。 製造氧化釔燒結體之方法
氧化釔燒結體之製備可藉由使用壓力輔助燒結與直流燒結及相關技術組合來達成，該等技術採用直流來加熱導電模具組態或工具集，且由此加熱待燒結之材料。此加熱方式允許施加極高加熱及冷卻速率，從而增強緻密化機制而非晶粒生長促進擴散機制，其可有助於製備極微小粒徑之氧化釔燒結體，及將原始粉末之固有特性轉移至其幾乎或完全緻密產品中。
耐腐蝕氧化釔燒結體及由氧化釔燒結體形成之組件的上述特徵尤其藉由調適以下而達成：氧化釔粉末之純度、氧化釔粉末之表面積、氧化釔粉末以及燒結體之加熱及冷卻速率、向氧化釔粉末施加之壓力、氧化釔粉末之溫度、燒結粉末之持續時間、氧化釔燒結體或組件在視情況選用之退火步驟期間的溫度及退火步驟之持續時間。
揭示一種製造氧化釔燒結體之方法，該方法包含以下步驟： a. 將氧化釔粉末安置於由火花電漿燒結工具界定之內部體積內，其中該火花電漿燒結工具包含：模具，該模具包含側壁，該側壁包含內壁及外壁，其中該內壁具有界定該內部體積之直徑；與該模具可操作地耦接之上衝頭及下衝頭，其中該上衝頭及該下衝頭中之每一者的外徑小於該模具之該內壁之直徑，由此當該上衝頭及該下衝頭中之至少一者在該模具之該內部體積內移動時，在該上衝頭及該下衝頭中之每一者與該模具之該內壁之間產生間隙，其中該間隙為10 µm至70 µm寬，且在該內部體積內產生真空條件； b. 藉由在該模具之該內部體積內移動該上衝頭及該下衝頭中之至少一者將壓力施加至該氧化釔粉末而向該氧化釔粉末施加10 MPa至60 MPa壓力，同時將氧化釔粉末加熱至1200至1600℃之燒結溫度且執行燒結，以形成氧化釔燒結體；及 c. 降低該氧化釔燒結體之溫度，其中步驟a)之該氧化釔粉末之表面積為10 m 2/g或更小，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為40 ppm或更少，密度不小於4.93 g/cm 3，至少一個表面包含至少一個孔隙，且其中沒有孔隙之直徑大於5 µm。
以下額外步驟為視情況選用： d. 視情況藉由施加熱量將該氧化釔燒結體之溫度升高達到退火溫度，執行退火，使該氧化釔燒結體退火； e. 降低經退火氧化釔燒結體之溫度；及 f.  視情況機械加工該經退火氧化釔燒結體以產生氧化釔燒結體組件，其中該組件係選自由以下組成之群：介電質窗或RF窗、聚焦環、噴嘴或氣體噴射器、蓮蓬頭、氣體分配板、蝕刻室襯裡、電漿源配接器、進氣口配接器、擴散器、電子晶圓夾盤、夾盤、定位盤、混合歧管、離子抑制元件、面板、隔離器、間隔件及保護環。
燒結工具(本文中術語「工具」及「設備」可互換地使用)可為壓力輔助燒結設備，諸如火花電漿燒結(SPS)設備。SPS亦被稱為場輔助燒結技術(FAST)或直流燒結(DCS)。直流及此等相關技術採用直流加熱導電模具組態，且由此加熱待燒結之材料。此加熱方式允許施加極高加熱及冷卻速率，從而增強緻密化機制而非晶粒生長促進擴散機制，及將原始粉末之固有特性轉移至其幾乎或完全緻密產品中。
該方法特徵在於上文所描述之SPS工具集位於真空室內，且包含至少一模具系統以及上衝頭及下衝頭，其共同界定進行粉末燒結製程之體積，該製程藉由將粉末安置於由燒結設備之工具集界定之體積內進行。模具系統可具有內壁，且至少一個衝頭系統可具有外壁，其中模具系統之內壁與衝頭系統之外壁由間隙分隔開。
現詳細描述特定方法步驟： 方法步驟 (a)- 將氧化釔粉末安置於由火花電漿燒結工具之工具集界定之內部體積內 ， 其中該火花電漿燒結工具包含 ： 模具 ， 該模具包含側壁 ， 該側壁包含內壁及外壁 ， 其中該內壁具有界定該內部體積之直徑 ； 與該模具可操作地耦接之上衝頭及下衝頭 ， 其中該上衝頭及該下衝頭中之每一者的外徑小於該模具之該內壁之直徑 ， 由此當該上衝頭及該下衝頭中之至少一者在該模具之該內部體積內移動時 ， 在該上衝頭及該下衝頭中之每一者與該模具之該內壁之間產生間隙 ， 其中該間隙為 10 µ m 至 70 µ m 寬 ， 且在該內部體積內產生真空條件 ：
如所揭示之方法在燒結前利用市售氧化釔粉末或由化學合成技術製備之彼等氧化釔粉末，而不需要燒結助劑、冷壓、形成或機械加工生坯。
將氧化釔粉末裝載至(例如)如上文所揭示之SPS燒結設備之模具中，其中該火花電漿燒結工具包含：模具，該模具包含側壁，該側壁包含內壁及外壁，其中該內壁具有界定該內部體積之直徑；與該模具可操作地耦接之上衝頭及下衝頭，其中該上衝頭及該下衝頭中之每一者的外徑小於該模具之該內壁之直徑，由此當該上衝頭及該下衝頭中之至少一者在該模具之該內部體積內移動時，在該上衝頭及該下衝頭中之每一者與該模具之該內壁之間產生間隙，其中該間隙為10 µm至70 µm寬。如熟習此項技術者已知之真空條件在安置於內部體積中之粉末內建立。典型真空條件包括10 - 2至10 - 3托之壓力。真空主要應用於移除空氣以保護石墨免於燃燒且自粉末移除大部分空氣。
用於進行燒結製程之氧化釔起始材料係高純度市售氧化釔粉末。然而，亦可使用其他氧化釔粉末，例如由化學合成製程及相關方法產生之彼等氧化釔粉末。氧化釔起始粉末之純度較佳高於99.99%，更佳高於99.998%，且最佳超過99.999%。在一些實施例中，氧化釔起始粉末之純度高於99.9999%。換言之，就總雜質含量而言，氧化釔粉末之總雜質含量可小於50 ppm，較佳小於40 ppm，更佳小於30 ppm，更佳小於25 ppm，更佳小於20 ppm，更佳小於15 ppm，再更佳小於10 ppm，且再更佳小於6 ppm (包括0 ppm)。對於成品氧化釔燒結體/組件之最佳蝕刻效能，期望高純度起始粉末。
與先前技術中之其他燒結技術相比，本發明之方法中所採用的氧化釔粉末不含燒結助劑及聚合黏合劑。
在根據本發明之一個實施例的SPS製程中用作起始材料的氧化釔粉末之平均粒度通常為0.5至20 µm，較佳1至15 µm，較佳2至10 µm，且更佳5至8 µm。
氧化釔粉末之表面積較佳為10 m 2/g或更小。在一些實施例中，氧化釔粉末之表面積為1.0至10.0 m 2/g，較佳1.5至8.0 m 2/g，較佳2至7，且更佳2至5 m 2/g。
較佳地，氧化釔粉末起始材料在其用於本發明研發之方法之前未經球磨。球磨為污染物/雜質之潛在來源。
在一些實施例中，可以移除不需要的水分、有機物或聚結之方式加工氧化釔粉末。此類加工可包括在其用於本文所揭示之方法之步驟a)之前翻滾、噴射研磨及/或篩分。
在實施例中，可在用於本發明研發之方法中之前煅燒氧化釔粉末。例示性煅燒溫度包括在含氧環境中持續4至12小時約600℃至約1000℃之溫度。在煅燒之前及/或之後，可在不使用研磨介質之情況下根據已知方法篩分及/或翻滾氧化釔粉末。 方法步驟 (b)- 藉由在該模具之該內部體積內移動該上衝頭及該下衝頭中之至少一者將壓力施加至該氧化釔粉末 而 向該氧化釔粉末施加 10 MPa 至 60 MPa 壓力 ， 同時將氧化釔粉末加熱至 1200 至 1600 ℃ 之燒結溫度且執行燒結 ，以 形成氧化釔燒結體 ； 及 方法步驟 ( c )- 降低氧化釔燒結體之溫度 ：
在氧化釔材料安置於由火花電漿燒結工具之工具集界定的內部體積中且大部分空氣已自模具/粉末移除之後，向安置於石墨衝頭之間的氧化釔材料施加壓力。壓力較佳增加至10 MPa至60 MPa、較佳10 MPa至40 MPa、更佳15 MPa至40 MPa、較佳20 MPa及40 MPa且甚至更佳20 MPa及30 MPa之壓力。
壓力較佳地在軸向方向上施加於提供於模具中之材料上。在壓力施加之後，氧化釔粉末形成可具有以下之填充密度的粉末壓緊物：20體積%至60體積%，20體積%至55體積%，較佳30體積%至60體積%，較佳30體積%至55體積%，較佳40體積%至60體積%且較佳40體積%至55體積%。期望較高填充密度以改良粉末壓緊物內之熱導率，由此減少加熱及燒結期間跨越粉末壓緊物之溫度差。
在較佳實施例中，藉由SPS設備之衝頭及模具直接加熱氧化釔粉末。模具可由有助於電阻/焦耳加熱之導電材料，諸如石墨構成。SPS設備及程序揭示於例如US 2010/0156008 A1中，其以引用之方式併入本文中。
向提供於模具中之氧化釔粉末施加熱量促成約1000至1700℃，較佳約1200至1600℃，較佳約1300至1550，較佳約1350至1500，且更佳約1400至1500℃之燒結溫度。在一個實施例中，燒結在0至1440分鐘之時間內達成；在其他實施例中，燒結在0至720分鐘之時間內達成；在其他實施例中，燒結在0至360分鐘之時間內達成；在其他實施例中，燒結在0至240分鐘之時間內達成；在其他實施例中，燒結在0至120分鐘之時間內達成；在其他實施例中，燒結在0至60分鐘之時間內達成；在其他實施例中，燒結在0至30分鐘之時間內達成；在其他實施例中，燒結在0至20分鐘之時間內達成；在其他實施例中，燒結在0至10分鐘之時間內達成；在其他實施例中，燒結在0至5分鐘之時間內達成。
通常在設備之石墨模具內量測根據本發明之燒結設備之溫度。因此，較佳的是，儘可能接近正燒結之氧化釔量測溫度，使得實際上在氧化釔內實現所指示溫度。
在一個實施例中壓力及溫度之施加次序可根據本揭示內容而變化，此意謂有可能首先施加所指示壓力且在其之後施加熱量以實現所需溫度。此外，在其他實施例中，亦有可能首先施加所指示熱量以實現所需溫度且在其之後施加所指示壓力。在根據本發明之第三實施例中，可同時將溫度及壓力施加至待燒結及升溫之氧化釔，直至達到所指示值。
感應或放射加熱方法亦可用於加熱燒結設備及間接加熱工具集中之氧化釔粉末。
與其他燒結技術相比，在燒結之前製備樣本(亦即，藉由在燒結之前冷壓或形成生坯)不為必需的，且將粉末直接填充於模具中。此可提供最終氧化釔燒結體較高純度。
進一步與其他燒結技術相比，不需要燒結助劑。另外，需要高純度起始粉末。缺少燒結助劑及使用99.99%至大於99.9999%純度之高純度起始材料使得能夠構造用於半導體蝕刻室中之高純度氧化釔燒結體，該氧化釔燒結體提供改良之耐蝕刻性。
在一些實施例中，可在等溫停留時間下施加燒結0分鐘至1440分鐘之時間段；在其他實施例中，可在等溫停留時間下施加燒結0分鐘至720分鐘；在其他實施例中，可在等溫停留時間下施加燒結0分鐘至360分鐘；在其他實施例中，可在等溫停留時間下施加燒結0至240分鐘；在其他實施例中，可在等溫停留時間下施加燒結0至120分鐘；在其他實施例中，可在等溫停留時間下施加燒結0至60分鐘；在其他實施例中，可在等溫停留時間下施加燒結0至30分鐘；在其他實施例中，可在等溫停留時間下施加燒結0至20分鐘；在其他實施例中，可在等溫停留時間下施加燒結0至10分鐘；在其他實施例中，可在等溫停留時間下施加燒結0至5分鐘。
在本發明之一個實施例中，SPS方法步驟包含具有以下之特定加熱勻變的預燒結步驟：0.1℃/min至100℃/min、0.25℃/min至50℃/min，較佳0.5℃/min至50℃/min，較佳0.75℃/min至50℃/min，較佳1℃/min至50℃/min，更佳2至25℃/min，更佳3至20℃/min，較佳4至15℃/min，較佳5至10℃/min，直至達至特定預燒結時間。
在本發明之另一實施例中，SPS方法步驟包含具有以下之比壓勻變的預燒結步驟：0.10 MPa/min至30 MPa/min、0.2至25，較佳0.25至20、0.25 MPa/min至15 MPa/min，較佳0.5至10 MPa/min，較佳1至10 MPa/min，直至達至特定預燒結時間。
在本發明之另一實施例中，SPS方法步驟包含具有上述特定加熱勻變及具有上述特定比壓勻變之預燒結步驟。
在方法步驟(c)中，經燒結氧化釔可藉由移除熱源而無源冷卻，且發生自然對流直至達至可有助於視情況選用之退火製程之溫度為止。在另一實施例中，氧化釔燒結體可在惰性氣體對流下冷卻，例如在1巴氬氣或氮氣下冷卻。亦可使用大於或小於1巴之其他氣體壓力。為起始冷卻步驟，可移除施加至SPS設備之功率。在SPS製程結束時在發生(天然)冷卻之前移除施加至燒結樣本的壓力。
在燒結期間，通常發生體積減小，使得氧化釔燒結體可包含作為起始氧化釔粉末在置於燒結設備之工具集中時之體積之約三分之一的體積。
藉由使用具有如本文所揭示之間隙尺寸範圍的SPS工具集，其中在整個方法中維持間隙，且特定言之在如所揭示之燒結步驟期間，防止電阻過熱，且因此可使此溫度差最小化，使得燒結陶瓷體之密度跨越模具系統之內表面 8與界定中心之中心軸 9之間的距離具有最小變化。在燒結期間均勻緻密化可產生跨越如本文所揭示之最大尺寸之燒結陶瓷體的密度變化，該密度變化跨越最大尺寸之燒結陶瓷體較佳小於4%、小於3%，較佳小於2%，較佳小於1%，更佳小於0.5%，較佳0.25至5%，較佳0.25至4%，較佳0.25至3%，較佳0.25至2%，較佳0.25至1%，較佳0.25至0.5%，較佳0.5%至3.5%，較佳1至3%。
在燒結之前，30體積%與60體積%之間的包含如本文中所揭示之氧化釔粉末之粉末壓緊物的高填充密度進一步促成在燒結期間均勻緻密化，其可使用如所揭示之氧化釔粉末及方法來達成。
通常在模具內量測根據本發明之燒結設備之溫度，該模具包含燒結設備之至少一種石墨材料。因此，較佳的是，儘可能接近正燒結之陶瓷粉末量測溫度，使得實際上在陶瓷粉末內實現所指示溫度。
在一個實施例中壓力及溫度之施加次序可根據本揭示內容而變化，此意謂有可能首先施加所指示壓力且在其之後施加熱量以實現所需溫度。此外，在其他實施例中，亦有可能首先施加所指示熱量以實現所需溫度且在其之後施加所指示壓力。在根據本發明之第三實施例中，可同時將溫度及壓力施加至待燒結及升溫之陶瓷粉末，直至達到所指示值。
感應或放射加熱方法亦可用於加熱燒結設備及間接加熱工具集中之氧化釔粉末。
相比於其他燒結技術，在燒結之前製備粉末(亦即，藉由在燒結之前使用諸如黏合劑、分散劑及其類似物之有機添加劑來冷壓或形成生坯)不為必需的，且將粉末直接填充於火花電漿燒結工具之內部體積內，以在不使用有機添加劑之情況下形成粉末壓緊物。此減少之操作可提供最終氧化釔燒結陶瓷體之更高純度。
根據方法步驟b)之態樣，將溫度及壓力維持1分鐘至360分鐘，較佳1至240分鐘，較佳1至120分鐘，較佳1至60分鐘，較佳5至360分鐘，較佳10至360分鐘，較佳30至360分鐘，較佳45至360分鐘，較佳60至360分鐘，且較佳60至90分鐘之時間段以執行燒結。
根據 方法步驟 ( c )- 降低氧化釔燒結體之溫度之態樣，經燒結氧化釔可藉由移除熱源而無源冷卻，且發生自然對流直至達至可有助於視情況選用之退火製程之溫度為止。在另一實施例中，氧化釔燒結體可在惰性氣體對流下冷卻，例如在1巴氬氣或氮氣下冷卻。亦可使用大於或小於1巴之其他氣體壓力。為起始冷卻步驟，可移除施加至SPS設備之功率。在SPS製程結束時在發生(天然)冷卻之前移除施加至燒結樣本的壓力。 方法步驟 ( d )- 在視情況選用之步驟中 ， 藉由施加熱量 將 該氧化釔燒結體之溫度升高達到退火溫度 ， 執行退火 ， 使該氧化釔燒結體退火 ；及 方法步驟 ( e )- 藉由移除施加至該氧化釔燒結體之熱源而將經退火氧化釔燒結體之溫度降低至環境溫度 ：
在視情況選用之步驟(d)中，使步驟c)之所得氧化釔燒結體經受退火製程。退火可在燒結設備外部之鍋爐中或在燒結設備自身內執行，而無需自設備移除氧化釔燒結體。舉例而言，在一個實施例中，經燒結氧化釔可在根據方法步驟(c)冷卻之後自燒結設備移除，且退火方法步驟可在單獨的設備(諸如鍋爐)中進行。在其他實施例中，出於根據本發明之退火之目的，步驟(b)中燒結之氧化釔可隨後在燒結設備內部的同時進行退火，而不需要在燒結步驟(b)與視情況選用之退火步驟(d)之間自燒結設備移除。
退火引起氧化釔燒結體之化學及物理特性之改進。退火步驟可藉由用於使玻璃、陶瓷及金屬退火之習知方法執行，且改進程度可藉由選擇退火溫度及使退火繼續之持續時間來選擇。
視情況選用之退火步驟(d)可在1200至1800℃，較佳1250至1700℃，且更佳1300至1650℃之溫度下進行。在此類溫度下，可將晶體結構中之氧空位校正回至化學計量比。
使經燒結氧化釔退火之步驟可在5分鐘至24小時、較佳20分鐘至20小時且更佳60分鐘至16小時內完成。
視情況選用之退火方法步驟(d)較佳在空氣中之氧化氛圍中進行。
在執行使經燒結氧化釔退火之視情況選用之方法步驟(d)之後，根據方法步驟(c)或(e)使經退火之經燒結氧化釔的溫度冷卻至環境溫度。經燒結及經退火之氧化釔體為緻密的且通常具有如下平均粒徑：0.25 µm至25 µm，較佳0.5至20 µm，較佳0.75至15 µm，較佳1至10 µm，且更佳1至5 µm。
根據一個實施例及上文所描述之SPS製程適用於製備較大氧化釔燒結體。如所揭示之方法提供快速粉末固結及緻密化，在自起始粉末材料轉移之燒結體中保持較小(約小於13 μm) d50粒徑，且跨越最長尺寸達成超過98%理論之較高均勻密度及最小(＜3%)密度變化。微小粒徑、均勻且高密度之此組合提供大尺寸高強度氧化釔燒結體，其適用於機械加工、操作及用作半導體加工室中之組件。舉例而言，在一個實施例中，氧化釔燒結體可形成圓盤狀，其尺寸為40 mm至600 mm或大小為40 mm至625 mm，且厚度範圍為40 mm至100 mm。在另一實施例中，氧化釔燒結體可形成圓盤狀，其直徑為100 mm至600 mm或直徑為100 mm至325 mm。在另一實施例中，可形成具有100 mm至406 mm之尺寸的氧化釔燒結體。在其他實施例中，氧化釔燒結體大小為200 mm至600 mm或200 mm至625 mm，較佳300至600 mm或300至625 mm，較佳350至600 mm或350至625 mm，較佳400至600 mm或400至625 mm，更佳450至600 mm或450至625 mm，更佳500至600 mm或500至625 mm，更佳550至600 mm或550至625 mm，其各自就至少一個尺寸而言，該尺寸可為燒結體之最長尺寸。
最後，根據方法步驟(f)，經燒結(或經燒結及退火)氧化釔體可接著視情況機器加工成例如用於電漿蝕刻室中之最終經燒結氧化釔組件，諸如介電質窗或RF窗、聚焦環、噴嘴或氣體噴射器、蓮蓬頭、氣體分配板、蝕刻室襯裡、電漿源配接器、進氣口配接器、擴散器、電子晶圓夾盤、夾盤、定位盤、混合歧管、離子抑制元件、面板、隔離器、間隔件及保護環。可根據熟習此項技術者已知之方法機械加工氧化釔燒結體(或經燒結及退火)以產生經燒結組件。
如本文所揭示之方法提供對以下的改良之控制：最大孔徑、高密度、密度變化、高純度、改良之機械強度及由此改良之氧化釔燒結體/組件(尤其對於尺寸大於例如跨越最大尺寸介於200與600 mm之間的彼等本體)之操作性能。
因此，在本文所揭示之一個實施例中為一種氧化釔燒結體，其具有40 ppm或更少之總雜質含量、不小於4.93 g/cm 3之密度，其中氧化釔燒結體之至少一個表面包含至少一個孔隙，其中沒有孔隙之直徑大於5 µm，其中氧化釔燒結體係藉由包含以下步驟之方法製造： a. 將氧化釔粉末安置於由火花電漿燒結工具之工具集界定之內部體積內，其中火花電漿燒結工具集包含：模具，該模具包含側壁，該側壁包含內壁及外壁，其中該內壁具有界定該內部體積之直徑；與該模具可操作地耦接之上衝頭及下衝頭，其中該上衝頭及該下衝頭中之每一者的外徑小於該模具之該內壁之直徑，由此當該上衝頭及該下衝頭中之至少一者在該模具之該內部體積內移動時，在該上衝頭及該下衝頭中之每一者與該模具之該內壁之間產生間隙，其中該間隙為10 µm至70 µm寬，且在該內部體積內產生真空條件； b. 藉由在該模具之該內部體積內移動該上衝頭及該下衝頭中之至少一者將壓力施加至該氧化釔粉末而向該氧化釔粉末施加10 MPa至60 MPa壓力，同時將氧化釔粉末加熱至1200至1600℃之燒結溫度且執行燒結，以形成氧化釔燒結體；及 c. 降低該氧化釔燒結體之溫度，其中步驟a)之該氧化釔粉末之表面積為10 m 2/g或更小，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為40 ppm或更少，密度不小於4.93 g/cm 3，至少一個表面包含至少一個孔隙，其中沒有孔隙之直徑大於5 µm。
由此製備之氧化釔燒結體(包括經退火之經燒結氧化釔)可用於電漿蝕刻設備中。大部分積體電路(IC)製造程序通常包括可依序形成、成形或以其他方式修飾各種層之數個製造步驟。形成層之一種方式可為沈積且接著蝕刻該層。通常，蝕刻可包括在底層上方形成蝕刻遮罩。蝕刻遮罩可具有特定圖案，其可遮蔽底層之某些部分同時暴露其他部分。蝕刻可接著移除由蝕刻遮罩暴露的底層之部分。以此方式，可將蝕刻遮罩圖案轉染至底層。
電漿蝕刻目前用於加工半導體材料，以供其用於構造電子元件。可將較小特徵蝕刻至半導電材料之表面中，以便在用於電子裝置中時更高效或增強某些特性。舉例而言，電漿蝕刻可用於在矽表面上產生較深溝槽以用於微機電系統中。本申請案表明，電漿蝕刻亦具有在微電子生產中發揮重要作用之潛力。類似地，當前正在進行關於可如何將該方法調節成奈米規模之研究。
電漿蝕刻通常在電漿蝕刻室中進行，該電漿蝕刻室通常用於蝕刻形成於半導體基板上之一或多個層，通常在腔室內之基板支撐件上支撐該半導體基板。
在電漿蝕刻期間，藉由將射頻(RF)電磁輻射供應至低壓氣體(或混合氣體)而在基板之表面上方形成電漿。藉由調節基板之電勢，可導引電漿中之帶電物種撞擊基板表面，且由此自其移除材料(例如，原子)。
電漿蝕刻可藉由使用與待蝕刻材料化學反應之氣體而變得更有效。所謂的「反應性離子蝕刻」將電漿之劇烈撞擊效應與反應氣體之化學蝕刻效應組合。
根據本發明之一實施例的經燒結氧化釔可用以構造電漿室組件。該等組件可具有益處，包括在侵蝕性蝕刻條件下具有較長壽命，此係因為其可藉由用上述SPS製程燒結而變得具有高密度及高純度。氧化釔燒結體在電漿加工之情形中具有許多優勢，包括對粒子產生之耐性、改良之耐電漿蝕刻性及增加的組件壽命。另外，因為有可能使用侵蝕性清潔方法，諸如高腐蝕性或侵蝕性化學品，所以可更容易清潔氧化釔部分。
可由本文中所揭示之氧化釔燒結體形成的腔室組件之實例包括靜電夾盤(ESC)、環(例如，製程套組環或單環)、室壁襯、基座、氣體分配板、蓮蓬頭、襯裡、襯裡套組、屏蔽件、電漿屏、流量均衡器、冷卻基座、腔室檢視區、腔室封蓋等。
在一個實施例中，根據本發明之一實施例的加工室包括圍封內部體積的腔室體及蓮蓬頭。替代地，蓮蓬頭可經封蓋及噴嘴替代，該封蓋及噴嘴亦可由上文所描述之氧化釔以完整材料形式或以塗層形式製備。腔室體可由鋁、不鏽鋼或其他適合之材料構造。腔室體通常包括環繞晶圓之側壁、聚焦環或邊緣環及底部。蓮蓬頭(或封蓋及/或噴嘴)、側壁及/或底部中之一或多者包括根據本發明之一實施例的經燒結氧化釔。
藉由下文所論述之說明性實例更充分地展示特徵及優勢。 實例
包括以下實例以更清楚地表明本發明之總體性質。此等實例為例示性的，而非本發明之限制。
使用能夠量測10 nm至5 mm之粒度的Horiba型號LA-960雷射散射粒度分佈分析器來執行所有粒度量測。使用能夠量測跨越0.01至2000 m 2/g之比表面積的Horiba BET表面積分析器型號SA-9601來執行起始粉末、粉末混合物及煅燒粉末混合物之所有比表面積(SSA)量測，其中對於大部分樣本之精度樣本為10%及更小。使用來自Agilent 7900 ICP-MS型號G8403之ICP-MS來量測純度及雜質。根據ASTM B962-17，基於如熟習此項技術者已知之阿基米德方法執行所有密度量測。根據實例之氧化釔粉末及自其形成之陶瓷的實施例已知為固有絕緣、高電阻材料，其電阻率為約1×10 + 10歐姆-公分及更大。
比較實例 1 ：
最大尺寸為406 mm之多晶燒結陶瓷體係由比表面積為4.5至6.5 m 2/g、d10粒度為1.5至3.5 µm、d50粒度為4至6 µm且d90粒度為6.5至8.5 µm之氧化釔結晶粉末製備。相對於氧化釔粉末之總質量，該粉末之總雜質為約14 ppm。火花電漿燒結工具之模具內襯有具有如本文所揭示之特性的至少一個石墨箔，且該工具之模具以及上衝頭及下衝頭中之每一者包含如本文所揭示之至少一種石墨材料。該粉末係安置於由火花電漿燒結工具界定之內部體積內部，且該工具具有約100 µm之間隙。該間隙經組態在該至少一個石墨箔之朝內表面與該火花電漿燒結工具之上衝頭及下衝頭中之每一者的外壁之間。在內部體積內產生10 - 2至10 - 3托之真空條件。該粉末在20 MPa壓力下在1,400℃下燒結，持續30分鐘，形成最大尺寸或直徑為406 mm之圓盤狀燒結陶瓷體。樣本之總密度經量測為4.78 g/cc，或氧化釔之理論密度(報導為5.03 g/cc)的95.03%。密度變化經量測為相對於跨最大尺寸之最高密度量測的約4.5%。使用如根據此實例所揭示之具有間隙的火花電漿燒結工具製備之燒結陶瓷體導致燒結體之低總密度、高密度變化及後續破裂。
實例1 (樣本353高密度、大尺寸多晶燒結陶瓷體)：
最大尺寸為406 mm之燒結陶瓷體係由比表面積為6至8 m 2/g且d10粒度為1至3 µm、d50粒度為4至6 µm及d90粒度為7.5至9.5 µm之氧化釔結晶粉末製備。相對於氧化釔粉末之總質量，該粉末之總雜質為約25 ppm。火花電漿燒結工具之模具內襯有具有如本文所揭示之特性的至少一個石墨箔，且模具以及上衝頭及下衝頭中之每一者包含如本文所揭示之至少一種石墨材料。氧化釔粉末安置於由具有約50至約70 µm之間隙的火花電漿燒結工具界定之內部體積內，其中該間隙經組態在至少一個石墨箔之朝內表面與燒結工具之上衝頭及下衝頭中之每一者之外壁之間。在多步驟方法中執行向氧化釔粉末預施加壓力，其中在約10 - 2至10 - 3托之真空下預施加約10 MPa壓力，形成填充密度約35至45體積%之粉末壓緊物。粉末壓緊物在1,550℃之溫度下在20 MPa之壓力下燒結，持續60分鐘。包含模具及/或上衝頭及下衝頭之至少一種石墨材料圍繞燒結工具之中心軸之平均熱膨脹係數(CTE)的徑向差異經測定為約0.2×10 - 6/℃及更小。求跨越五次量測之平均密度，且量測密度為5.020 g/cc，或氧化釔之理論密度的99.80% (根據D.R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics，第84版，2012 (「CRC手冊」)，氧化釔之理論密度為5.03 g/cm 3)。因此，使用如本文中所揭示之具有指定間隙距離及徑向差異之工具，可形成大尺寸的高密度燒結陶瓷。
實例2 (樣本152多晶氧化釔燒結陶瓷體)：
100 mm氧化釔燒結體係由表面積為6.5至8.0 m 2/g且純度為99.999%之氧化釔粉末形成，相對於氧化釔粉末之總質量的，相當於平均總雜質為18 ppm。d10粒度為1.5至3.5 µm，中值粒度(d50)為4至6 µm，且d90粒度為7.5至9.5 µm。火花電漿燒結工具之模具內襯有具有如本文所揭示之特性的至少一個石墨箔，且該工具之模具以及上衝頭及下衝頭中之每一者包含如本文所揭示之至少一種石墨材料。氧化釔粉末安置於由燒結工具界定之內部體積內，且在內部體積內產生10 - 2至10 - 3托之真空條件。該工具具有約25至約50 µm之間隙，其中該間隙經組態在至少一個石墨箔之朝內表面與燒結工具之上衝頭及下衝頭中之每一者的外壁之間。包含模具及/或上衝頭及下衝頭之至少一種石墨材料圍繞燒結工具之中心軸之平均熱膨脹係數(CTE)的徑向差異經測定為約0.2×10 - 6/℃及更小。燒結係在30 MPa下在1,400℃下執行30分鐘。其後，在空氣中在1,400℃下執行退火8小時。量測平均密度為5.02 g/cc，相當於氧化釔之理論密度的99.9%。
製備以下根據本發明之一實施例的氧化釔樣本H1/66至H4/152，且將其與未根據本發明製備之氧化釔樣本CM1/107、CM2/108及118進行比較。 H1/66 ：
80 mm氧化釔燒結體由表面積為2.89 m 2/g、d50粒度為5.4 μm且總稀土氧化物(TREO) ＜10 ppm且總雜質為48 ppm、粉末純度為99.9952%之粉末製造。在30 MPa下在1500℃之燒結溫度下持續60分鐘，形成燒結體。在空氣中，以5℃/分鐘之溫度斜坡執行退火，至1450℃持續1小時，接著在1400℃下持續8小時。氧化釔燒結體之密度為4.948 g/cm 3且最大孔徑為1.1 μm。d10、d50及d90粒徑經量測分別為0.5、0.8及1.4 μm。 H2/65 ：
由表面積為6.84 m 2/g之粉末在1550℃之燒結溫度下在30 MPa下持續10分鐘形成40 mm氧化釔樣本。在空氣中在1300℃之溫度下在鍋爐中執行退火四小時。起始氧化釔粉末之總純度為99.999%，相當於10 ppm。中值粒度經量測為5.82 µm。氧化釔燒結體之總雜質含量為11 ppm。氧化釔燒結體中維持起始粉末之純度，表明在加工期間引入的污染物極少，甚至沒有。d10、d50及d90粒徑經量測分別為4.0、13.0及27.1 μm，且量測到平均粒徑為14 μm。 H3/79 ：
由表面積為3.33 m 2/g且中值(d50)粒度為5.17 µm之粉末形成40 mm氧化釔燒結體。起始粉末之總雜質在2與4 ppm之間。使用1500℃之燒結溫度在30 MPa之壓力下持續10分鐘執行氧化釔體之燒結。溫度以50℃/分鐘勻變，同時以5 MPa/分鐘施加壓力。藉由使溫度以5℃/分鐘勻變至1300℃且在空氣中保持四小時執行退火。氧化釔燒結體之總雜質含量在9與10 ppm之間，表明由於該方法而引入的污染物最少。最大孔徑經量測為0.6 μm，且密度經量測為5.03 g/cc。d10、d50及d90粒徑經量測分別為0.8、1.4及2.4 μm。亦量測到平均粒徑為1.47 μm。 H4/152 ：
由表面積為6.95 m 2/g、TREO純度為99.999% (＜10 ppm)且平均總雜質為18 ppm之粉末形成100 mm氧化釔燒結體。中值粒度(d50)為4.65 µm。在1400℃下在30 MPa下執行燒結30分鐘。其後，在空氣中在1400℃下執行退火8小時。密度經量測為5.024 g/cm 3，最大孔徑為2 μm。在如本文所揭示之兩步CF 4/O 2蝕刻製程之後，獲得0.98 μm之平均梯級高度、0.68 nm/min之平均蝕刻速率及340,000 μm 3之蝕刻體積。在如本文所揭示之兩步CF 4/O 2蝕刻製程前後，算術平均高度(Sa)經量測分別為10及14 nm。在如本文所揭示之氧氣蝕刻製程之後，獲得0.1 μm之平均梯級高度、0.07 nm/min之平均蝕刻速率及30,000 μm 3之蝕刻體積。在如本文所揭示之SF 6蝕刻製程之後，獲得0.28 μm之平均梯級高度、0.19 nm/min之平均蝕刻速率及90,000 μm 3之蝕刻體積。 單步驟 CF 4 蝕刻程序
為評定蝕刻效能，使用基於聚矽氧之熱槽混合填料將尺寸為6 mm×6 mm×2 mm之經拋光陶瓷樣本安裝於c平面藍寶石晶圓上。藉由將5 mm×5 mm方形藍寶石陶瓷黏合至樣本表面來阻擋各部分之區免於暴露於蝕刻製程。
使用作為行業之標準裝備的Plasma-Therm Versaline DESC PDC Deep Silicon Etch執行乾式蝕刻製程。蝕刻在4小時蝕刻區段中完成，共持續24小時。在10毫托壓力下以及90標準立方公分/分鐘(sccm) CF 4流速、30 sccm氧氣流量及20 sccm氬氣流量下進行該製程。偏壓為600伏且ICP功率為2000瓦。此蝕刻工作程序具有512奈米/分鐘之矽蝕刻速率。蝕刻工作程序以72奈米/分鐘之速率蝕刻熔融矽石(石英玻璃)。選擇此處用以評定樣本效能之蝕刻條件以使所揭示之材料經受極端蝕刻條件，以便區分效能。
在完成蝕刻程序之後，量測表面粗糙度。 單步驟 CF 4 蝕刻體積程序：
在一實施例中，氧化釔燒結體之特徵在於蝕刻體積小於約12000 µm 3，較佳小於約9000 µm 3，更佳小於約7000 µm 3。此蝕刻體積在作為參考製程之蝕刻製程進行的情況下得以實現，其中尺寸為6 mm×6 mm×2 mm之樣本在10毫托壓力下以及90標準立方公分/分鐘(sccm) CF 4流速、30標準立方公分/分鐘(sccm)氧氣流量及20標準立方公分/分鐘(sccm)氬氣流量、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下，持續24小時經受蝕刻條件。在以下實驗部分中進一步更詳細地描述各別蝕刻製程。由此，蝕刻體積係關於在所指示蝕刻製程期間移除的氧化釔體之體積。 單步驟 CF 4 蝕刻速率程序：
在一些實施例中，氧化釔體之特徵在於展現小於約0.08 nm/min、較佳小於約0.06 nm/min、更佳小於約0.05 nm/min之蝕刻速率。此蝕刻速率在作為參考製程之單步驟CF4蝕刻製程進行的情況下得以實現，其中尺寸為6 mm×6 mm×2 mm之樣本在10毫托壓力下以及90標準立方公分/分鐘(sccm) CF 4流速、30標準立方公分/分鐘(sccm)氧氣流量及20標準立方公分/分鐘(sccm)氬氣流量、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下，持續24小時經受蝕刻條件。由此，蝕刻速率係關於在所指示蝕刻製程期間移除的氧化釔體之厚度減少。 單步驟 CF 4 Sdr 程序 ( 未蝕刻、蝕刻 )
在一些實施例中，氧化釔燒結體的特徵在於未蝕刻區域中展開界面面積比根據ISO標準25178-2-2012第4.3.2節小於100×10 - 5，更佳小於75×10 - 5，最佳小於50×10 - 5；及蝕刻區域中展開界面面積比根據ISO標準25178-2-2012第4.3.2節小於600×10 - 5，更佳小於500×10 - 5，更佳小於400×10 - 5，更佳小於300×10 - 5，最佳小於200×10 - 5。此後一界面擴展比在以下之情況下得以實現：尺寸為6 mm×6 mm×2 mm之氧化釔體樣本在10毫托壓力下以及90標準立方公分/分鐘(sccm) CF 4流速、30標準立方公分/分鐘(sccm)氧氣流量及20標準立方公分/分鐘(sccm)氬氣流量、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下，持續24小時CF 4蝕刻時間經受蝕刻條件。下文進一步更詳細地描述各別蝕刻製程。 單步驟 CF 4 Sa ( 未蝕刻、蝕刻 )
在一些實施例中，氧化釔燒結體之特徵進一步在於具有根據ISO標準25178-2-2012第4.1.7節小於30 nm、更佳小於28 nm、最佳小於25 nm之算術平均高度Sa；以及具有根據ISO標準25178-2-2012第4.1.7節小於40 nm、更佳小於35 nm、最佳小於30 nm之算術平均高度Sa。此後一算術平均高度Sa在以下之情況下得以實現：尺寸為6 mm×6 mm×2 mm之氧化釔體樣本在10毫托壓力下以及90標準立方公分/分鐘(sccm) CF 4流速、30標準立方公分/分鐘(sccm)氧氣流量及20標準立方公分/分鐘(sccm)氬氣流量、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下，持續24小時經受蝕刻條件。下文進一步更詳細地描述各別蝕刻製程。 表面粗糙度量測
在1級清潔室中在環境條件下，使用Keyence 3D雷射掃描共焦數位顯微鏡型號VK-X250X執行表面粗糙度量測。顯微鏡放置在TMC台式CSP無源實驗台隔離器上，固有頻率為2.8 Hz。
此非接觸式系統使用雷射光束及光學感測器以經由反射光強度分析表面。顯微鏡獲取x方向上之1,024個數據點及y方向上之786個資料點，總共786,432個資料點。在完成給定掃描之後，物鏡移動了在z方向上設定之間距且在掃描之間比較強度以判定焦點。ISO 25178表面紋理(區域粗糙度量測)係與此顯微鏡符合的表面粗糙度之分析相關的國際標準之集合。
樣本之表面在10×放大率下使用共焦顯微鏡進行雷射掃描以捕獲樣本之詳細影像。在7個經分配區塊之輪廓上獲得粗糙度。根據ISO規範4288：幾何產品規格(Geometrical Product Specifications；GPS)--表面紋理：輪廓法--用於評定表面紋理之規則及程序，表示量測取樣長度之lambda chi(λ)經調節以使得線讀數限於7個區塊之5個中間區塊的量測。
在用於量測之樣本的蝕刻區及遮蔽區內選擇區域。選擇最能表示典型樣本表面之區域，且用於計算Sa及Sdr。
表面粗糙度Sa及Sdr為基礎技術領域中的熟知參數，且例如描述於ISO標準25178-2-2012第4.1.7節(表面粗糙度Sa)及第4.3.2節(表面粗糙度Sdr)中。 梯級高度量測
作為蝕刻加工之結果的梯級高度係藉由使用Keyence 3D雷射掃描共聚焦數位顯微鏡型號VK-X250X在20×放大率下直接量測。使用樣本之蝕刻及未蝕刻區中之選定區域產生單獨參考平面。跨越此等參考平面之間之三個量測的平均高度差可被視為梯級高度。 蝕刻速率計算
可藉由將梯級高度除以總蝕刻時間以獲得以奈米/分鐘為單位之蝕刻速率，由平均梯級高度來計算平均蝕刻速率(以奈米/小時為單位)。 體積量測
由基於Keyence 3D雷射掃描共聚焦數位顯微鏡型號VK-X250X在50×下之量測來計算蝕刻體積。產生7×7影像模板，自該影像模板選擇7×1區以用於量測。參考平面首先建立於已經遮蔽且因此未蝕刻之樣本的代表區上。為了建立參考平面，選擇遮蔽區內之區域。跨越該區域完成軟體啟用傾斜校正，以考慮樣本厚度及安裝之變化。此後，在影像之蝕刻區中在距遮蔽表面最大距離處選擇600 μm×200 μm之總區域。量測蝕刻表面相比於在遮蔽表面上產生之參考平面的高度，且跨越選定區域計算藉由相對於參考平面蝕刻而移除的材料體積。 Ra 與 Sa 量測之間的差異：
Sa為表面算術平均高度且描述於ISO 25178：幾何產品規格(GPS)-表面紋理：區域為與3D區域表面紋理分析相關之國際標準化組織的國際標準集合中。此基於非接觸式雷射顯微法。
Ra為根據ISO 4287: 1997幾何產品規格(GPS)--表面紋理：輪廓法的2D輪廓算術平均粗糙度。此係基於與表面接觸以產生線性輪廓之機械觸針。
Sa表示跨越3D量測表面之高度差，而Ra表示跨越2D線性輪廓掃描之高度差。
Ra受到觸針尖端幾何形狀限制，且因此可引起精細特徵細節之損失以及峰及谷之畸變。此當量測精細、次微米級特徵時成為有問題的，且為使用Ra值以與Sa值比較之限制。
其他樣本根據本發明方法製備且概述於下表中。在合適時，其與市售石英(TSC 03)及比較氧化釔樣本(107、108及118)相比。
作為一實例，樣本188-1按如下製造：使用具有3.3 m 2/g之表面積及13 ppm總雜質(對應於99.9987%粉末純度)的氧化釔粉末，形成100 mm氧化釔燒結體。在多步驟方法中執行壓力預施加，其中在真空下預施加20 MPa壓力。其後，施加5 MPa的同時以10℃/min之速率自室溫加熱至600℃。壓力在600℃與燒結溫度之間以10℃/分鐘之速率增加至30 MPa。在1400℃之溫度及30 MPa之壓力下執行燒結持續30分鐘以完成燒結。在燒結之後，關閉燒結設備功率，使能夠自然冷卻。在含氧環境中在1400℃之溫度下執行退火8小時。密度為5.002 g/cm 3。
在另一實例中，樣本116按如下製造：由具有6.84 m 2/g表面積之粉末在1550℃之燒結溫度下在30 MPa下10分鐘，形成40 mm氧化釔樣本。在空氣中在1400℃與1450℃之間的溫度下在鍋爐中執行退火九小時。起始氧化釔粉末之總純度為99.999%，對應於10 ppm。中值粒度經量測為5.82 µm。氧化釔燒結體具有11 ppm之總雜質含量。維持氧化釔燒結體起始粉末之純度，指示在加工期間引入極少至無污染物。d10、d50及d90粒徑經量測分別為0.7、6.7及25.4 μm。
在另一實例中，樣本224按如下製造：使用具有5至6 m 2/g表面積及平均8 ppm總雜質(對應於99.9992%粉末純度)的氧化釔粉末，形成100 mm氧化釔燒結體。在20 MPa下預施加壓力約5分鐘且建立50毫托真空。其後，將壓力降低至5 MPa且以10℃/分鐘之速率實現加熱至600℃。同時施加熱量及壓力以達至20 MPa壓力，且溫度施加以10℃/min之速率至1400℃。在1400℃之溫度及20 MPa之壓力下執行燒結持續30分鐘以完成燒結。在燒結之後，關閉燒結設備功率使能夠自然冷卻。氧化釔燒結體之d10、d50及d90粒徑分別為0.4、0.7及1.2 μm。
在另一實例中，樣本189-1按如下製造：使用具有4.2 m 2/g之表面積及24.8 ppm總雜質(對應於99.9975%粉末純度)的氧化釔粉末，形成100 mm氧化釔燒結體。在多步驟方法中執行壓力預施加，其中在真空下預施加20 MPa壓力。其後，施加5 MPa的同時以10℃/min之速率自室溫加熱至600℃。壓力在600℃與燒結溫度之間以10℃/分鐘之速率增加至30 MPa。在1400℃之溫度及30 MPa之壓力下執行燒結持續30分鐘以完成燒結。在燒結之後，關閉燒結設備功率，使能夠自然冷卻。在含氧環境中在1400℃之溫度下執行退火8小時。氧化釔燒結體具有36 ppm之雜質及99.996%之純度。經退火及燒結之氧化釔體之密度為5.006 g/cm 3且最大孔徑為0.7微米。在如本文所揭示之兩步CF 4/O 2蝕刻製程之後，獲得0.82 μm之平均梯級高度、0.57 nm/min之平均蝕刻速率及270,000 μm 3之蝕刻體積。
在另一實例中，樣本045按如下製造：使用具有9至10 m 2/g之表面積及26 ppm總雜質(對應於99.9974%粉末純度)的氧化釔粉末，形成100 mm氧化釔燒結體。在多步驟方法中執行壓力預施加，其中如本文所揭示在真空下預施加20 MPa壓力。其後，施加5 MPa的同時以10℃/min之速率自室溫加熱至600℃。壓力在600℃與燒結溫度之間以10℃/分鐘之速率增加至30 MPa。在1400℃之溫度及30 MPa之壓力下執行燒結持續30分鐘以完成燒結。在燒結之後，關閉燒結設備功率，使能夠自然冷卻。使用阿基米德方法量測之平均密度為5.021 g/cm 3。在含氧環境中在1400℃之溫度下執行退火8小時。退火後使用阿基米德方法量測之平均密度為5.010 g/cm 3。
在另一實例中，樣本200-1按如下製造：使用具有4.7 m 2/g之表面積及9.5 ppm總雜質(對應於99.9991%粉末純度)的氧化釔粉末，形成150 mm氧化釔燒結體。在20 MPa下預施加壓力約5分鐘。其後，將壓力降低至5 MPa且以25℃/分鐘之速率實現加熱至600℃。以25℃/min之加熱速率及5 MPa/min之壓力速率同時執行熱量及壓力施加至1000℃及20 MPa。在1000℃至燒結溫度之間，以10℃/分鐘之速率執行加熱。在1400℃之溫度及20 MPa之壓力下執行燒結持續30分鐘以完成燒結。在燒結之後，關閉燒結設備功率使能夠自然冷卻。在含氧環境中在1400℃之溫度下執行退火8小時。經退火及燒結之氧化釔體之密度為4.945 g/cm 3且最大孔徑為1.4微米。在如本文所揭示之兩步CF 4/O 2蝕刻製程之後，獲得0.2 μm之平均梯級高度、0.14 nm/min之平均蝕刻速率及60,000 μm 3之蝕刻體積。在如本文所揭示之氧氣蝕刻製程之後，獲得0.1 μm之平均梯級高度、0.07 nm/min之平均蝕刻速率及30,000 μm 3之蝕刻體積。在如本文所揭示之SF 6蝕刻製程之後，獲得0.27 μm之平均梯級高度、0.19 nm/min之平均蝕刻速率及80,000 μm 3之蝕刻體積。
在另一實例中，樣本212-1按如下製造：使用具有5.6 m 2/g之表面積及8.1 ppm總雜質(對應於99.9992%粉末純度)的氧化釔粉末，形成100 mm氧化釔燒結體。在20 MPa下預施加壓力約5分鐘且建立50毫托真空。其後，將壓力降低至5 MPa且以50℃/分鐘之速率實現加熱至600℃。以10 MPa/min之壓力速率同時執行熱量及壓力施加，且溫度施加以25℃/min之速率，至30 MPa及1450℃。在1450℃之溫度及30 MPa之壓力下執行燒結持續30分鐘以完成燒結。在燒結之後，關閉燒結設備功率使能夠自然冷卻。在含氧環境中在1400℃之溫度下執行退火8小時。經退火及燒結之氧化釔體之密度為5.022 g/cm 3且最大孔徑為1.0微米。氧化釔燒結體具有6 ppm之總平均雜質，對應於99.9994%之純度。在如本文所揭示之兩步CF 4/O 2蝕刻製程之後，獲得1.1 μm之平均梯級高度、0.77 nm/min之平均蝕刻速率及358,000 μm 3之蝕刻體積。
在另一實例中，樣本314按如下製造：使用具有2.8 m 2/g之表面積及24.8 ppm總雜質(對應於99.9975%粉末純度)的氧化釔粉末，形成最長尺寸為406 mm之氧化釔燒結體。在5 MPa下預施加壓力且溫度以10℃/分鐘自室溫勻變至800℃。以10℃/min之加熱速率執行熱量及壓力之同時施加，且壓力在800℃至1000℃之間勻變至20 MPa。在加熱速率10℃/min下，自1000℃至燒結溫度，將壓力維持在20 MPa。在1450℃之溫度及20 MPa之壓力下進行燒結，燒結持續60分鐘。在持續燒結之後終止熱量及壓力，且發生自然冷卻。在含氧環境中在1400℃下使用0.8℃/分鐘之加熱及冷卻速率使氧化釔燒結體退火8小時。經退火及燒結之氧化釔體之平均密度為4.935 g/cm 3，其中密度範圍跨越4.898與4.970 g/cm 3之間的最長尺寸。
在另一實例中，樣本457按如下製造：使用具有5-6 m 2/g之表面積及17 ppm總雜質(對應於99.9983%粉末純度)的氧化釔粉末，形成最長尺寸為406 mm之氧化釔燒結體。粉末煅燒係在600℃下進行8小時，表面積為5-6 m 2/g。在5 MPa下預施加壓力且溫度以10℃/分鐘自室溫勻變至600℃。以5℃/min之加熱速率執行熱量及壓力之同時施加，且壓力在600℃至1000℃之間勻變至30 MPa。在加熱速率5℃/min下，自1000℃至燒結溫度，將壓力維持在30 MPa。在1475℃之溫度及30 MPa之壓力下進行燒結，燒結持續60分鐘。在持續燒結之後移除壓力。使用強制流對在50%風機功率下執行冷卻，持續約4小時。使用自約25%至100%之不同風機功率位準冷卻使得能夠強制對流冷卻速率在2.5℃/min至5℃/min之間。在1475℃之溫度及30 MPa之壓力下進行燒結，持續60分鐘。在含氧環境中在1400℃下使用0.8℃/分鐘之加熱速率及2℃/分鐘之冷卻速率使氧化釔燒結體退火4小時。經退火及燒結之氧化釔體之平均密度為4.985 g/cm 3，其中密度範圍跨越4.980與4.989 g/cm 3之間的最長尺寸。最大孔徑經量測為1.4 μm，且在如所揭示之CF 4/O 2蝕刻製程之後Sa值經量測為18 nm及Sdr值為1178×10 - 5。此樣本之平均粒徑使用截線技術經量測為0.65 μm。
在另一實例中，樣本353按如下製造：使用具有6.5至7.5 m 2/g之表面積及平均11 ppm總雜質(對應於99.9989%粉末純度)的氧化釔粉末，形成最長尺寸為406 mm之氧化釔燒結體。在1000℃下執行粉末煅燒24小時且表面積為1.5至2.5 m 2/g。在5 MPa下預施加壓力且溫度以10℃/分鐘自室溫勻變至800℃。以10℃/min之加熱速率執行加熱及壓力之同時施加，且壓力在800℃至1000℃之間勻變至30 MPa。在加熱速率10℃/min下，自1000℃至燒結溫度，將壓力維持在30 MPa。在1475℃之溫度及30 MPa之壓力下進行燒結，燒結持續60分鐘。在持續燒結之後終止熱量及壓力，且發生自然冷卻。在含氧環境中在1400℃下以0.8℃/分鐘之加熱速率及0.8℃/分鐘之無源冷卻速率使氧化釔燒結體退火0分鐘(無等溫退火持續時間)。經退火及燒結之氧化釔體之平均密度為4.981 g/cm 3。
在另一實例中，樣本414按如下製造：使用具有6.5至7.5 m 2/g之表面積及平均11 ppm總雜質(對應於99.9989%粉末純度)的氧化釔粉末，形成最長尺寸為406 mm之氧化釔燒結體。在500℃下執行粉末煅燒48小時且表面積為6.5至7.5 m 2/g。在5 MPa下預施加壓力且溫度以10℃/分鐘自室溫勻變至800℃。以10℃/min之加熱速率執行加熱及壓力之同時施加，且壓力在800℃至1000℃之間勻變至30 MPa。在加熱速率10℃/min下，自1000℃至燒結溫度，將壓力維持在30 MPa。在1400℃之溫度及30 MPa之壓力下進行燒結，燒結持續60分鐘。在持續燒結之後終止熱量及壓力，且發生自然/無源冷卻。經退火及燒結之氧化釔體之平均密度為4.985 g/cm 3。
在另一實例中，樣本476按如下製造：使用具有2 m 2/g之表面積及5-6 ppm總雜質(對應於99.9995%粉末純度)的氧化釔粉末，形成最長尺寸為406 mm之氧化釔燒結體。在燒結之前，不使用研磨介質將粉末翻滾24小時。在5 MPa下預施加壓力且溫度以10℃/分鐘自室溫勻變至600℃。以5℃/min之加熱速率執行熱量及壓力之同時施加，且壓力在600℃至1000℃之間勻變至30 MPa。在加熱速率5℃/min下，自1000℃至燒結溫度，將壓力維持在30 MPa。在1475℃之溫度及30 MPa之壓力下進行燒結，燒結持續60分鐘。在持續燒結之後移除壓力。在50%風機功率下使用強制對流執行冷卻。使用不同風機功率位準冷卻使得能夠強制對流冷卻速率在2.5℃/min至5℃/min之間。在含氧環境中在1400℃下使用1℃/分鐘之加熱速率及2℃/分鐘之冷卻速率使氧化釔燒結體退火4小時。經退火及燒結之氧化釔體之平均密度為4.953 g/cm 3，其中密度範圍跨越4.891與5.014 g/cm 3之間的最長尺寸。
在一組實例中，樣本084及084-1、085及085-1、086及086-1、087及087-1、095及096按如下製造：由具有6.5至7.5 m 2/g之表面積及平均11 ppm總雜質(提供99.9989%粉末純度)的粉末製備對應於樣本084及084-1、085及085-1、086及086-1、087及087-1、095及096的100 mm氧化釔燒結體。在燒結之前在800℃下煅燒粉末8小時且表面積為5至6.5 m 2/g。樣本084-1、085-1、086-1、087-1、095及096在氧氣環境中在1400℃下以5℃/分鐘之勻變速率退火8小時。密度及製程條件如在本文對應的密度及燒結/退火表中所揭示。
比較樣本107：比較氧化釔體之純度藉由ICPMS方法經量測為99.9958%，具有42 ppm污染物。如本文所揭示進行孔隙量測，且最大孔徑經量測為38 μm。執行粒徑量測且量測到27 μm之較大平均粒徑。使用阿基米德方法量測材料之平均密度為4.987 g/cm 3，其中標準差為0.038。儘管確切燒結條件為未知的，但為了燒結氧化釔粉末以形成此材料，可能使用超過1600℃之高燒結溫度持續諸如若干天之延長時間。此等參數將促成量測到較大粒徑。樣本相對於如所揭示之經燒結氧化釔展現具有較大孔徑的孔隙之顯著面積分數及較差蝕刻效能及廣泛表面粗糙化。
比較樣本108：分析比較氧化釔體之材料特性。比較氧化釔體之純度藉由ICPMS方法經量測為99.8356%，具有1644 ppm污染物，包括1291 ppm氧化鋯作為燒結助劑以促進緻密化。如本文所揭示進行孔隙量測，且最大孔徑經量測為12 μm。使用阿基米德方法量測材料之平均密度為4.997 g/cc，其中標準差為0.011。儘管確切燒結條件為未知的，但為了燒結氧化釔以形成此材料，可能將氧化鋯添加至粉末中以促進緻密化，此可使蝕刻效能降級。樣本相對於如所揭示之經燒結氧化釔展現具有較大孔徑的孔隙之顯著面積分數及表面粗糙化。
比較樣本118：比較氧化釔體之純度藉由ICPMS方法經量測為99.9967%，具有33 ppm污染物。如本文所揭示進行孔隙量測，且最大孔徑經量測為7 μm。材料之平均密度使用阿基米德方法經量測為5.003 g/cc。樣本相對於如所揭示之經燒結氧化釔展現具有較大孔徑的孔隙之顯著面積分數及較差蝕刻效能。
表4至7概述根據本發明之方法製備之樣本的製程條件及所得密度。 表 4：氧化釔燒結體之燒結及退火條件
燒結及退火參數
樣本 燒結T (℃) 燒結P (MPa) 燒結時間(分鐘) 退火溫度(℃) 退火時間(小時)
45 1400 30 30 無 無
45-1 1400 30 30 1400 8
84 1550 10 30 無 無
85 1300 40 30 無 無
86 1300 50 30 無 無
87 1300 60 30 無 無
95 1200 40 30 無 無
96 1300 30 30 無 無
H4/152 1400 30 30 1400 8
187 1400 15 30 1400 8
212 1450 30 30 無 無
282 1400 20 30 無 無
294 1400 30 30 無 無
308 1500 30 30 無 無
314 1450 20 60 1400 8
317 1475 30 30 無 無
317-5 1475 30 30 1400 8
319 1475 30 30 無 無
319-5 1475 30 30 1400 8
323 1475 30 30 無 無
323-1 1475 30 30 1300 0
328 1475 30 30 無 無
328-1 1475 30 30 1400 8
329 1475 30 30 無 無
329-1 1475 30 30 1400 8
334 1475 30 30 無 無
334-1 1475 30 30 1400 8
341 1450 30 60 1300 0
353 1475 30 60 1400 0
374 1475 30 30 無 無
374-1 1475 30 30 1400 8
385 1450 30 30 無 無
385-1 1450 30 30 1400 8
386 1475 20 30 無 無
386-1 1475 20 30 1400 8
414 1400 30 60 無 無
440 1450 30 30 無 無
440-1 1450 30 30 1400 8
442 1450 20 30 無 無
442-1 1450 20 30 1400 8
447 1450 30 60 1400 1
457 1475 30 60 1400 4
476 1475 30 60 1400 4
481 1500 30 30 無 無
11 1400 30 30 無 無
200 1400 20 30 無 無
200-1 1400 20 30 1400 8
282-1 1400 20 30 1300 0
282-10 1400 20 30 1300 24
282-11 1400 20 30 1400 24
282-2 1400 20 30 1400 0
282-3 1400 20 30 1500 0
282-4 1400 20 30 1300 6
282-5 1400 20 30 1400 6
282-6 1400 20 30 1500 6
282-7 1400 20 30 1300 12
282-8 1400 20 30 1400 12
282-9 1400 20 30 1500 12
294-1 1400 30 30 1300 0
294-10 1400 30 30 1300 24
294-11 1400 30 30 1400 24
294-2 1400 30 30 1400 0
294-3 1400 30 30 1500 0
294-4 1400 30 30 1300 6
294-5 1400 30 30 1400 6
294-6 1400 30 30 1500 6
294-7 1400 30 30 1300 12
294-8 1400 30 30 1400 12
294-9 1400 30 30 1500 12
317-5 1475 30 30 1400 8
319-5 1475 30 30 1400 8
323-1 1475 30 30 1300 0
328-1 1475 30 30 1400 8
329-1 1475 30 30 1400 8
334-1 1475 30 30 1400 8
374-1 1475 30 30 1400 8
385-1 1450 30 30 1400 8
386-1 1475 20 30 1400 8
440-1 1450 30 30 1400 8
442-1 1450 20 30 1400 8
45-1 1400 30 30 1400 8
467 1475 60 30 無 無
489-1 1575 30 10 無 無
489-5 1550 30 10 無 無
489-6 1600 30 10 無 無
85-1 1300 40 30 1400 8
86-1 1300 50 30 1400 8
87-1 1300 60 30 1400 8
H1/66 1500 30 60 1400-1450 9
H2/65 1550 30 10 1300 4
H3/79 1500 30 10 1300 4
188-1 1400 30 30 1400 8
188 1400 30 30 無 無
189-1 1400 30 30 1400 8
212-1 1450 30 30 1400 8
186-1 1400 30 30 1400 8
224 1400 20 30 無 無
116 1550 30 10 1400-1450 9
表 5：150 mm氧化釔燒結體之密度
150 mm尺寸
樣本標識 平均密度(g/cc) 標準差(g/cc) TD%
200 4.966 0.016 98.726
200-1 4.945 0.010 98.318
11 5.021 0.002 99.819
467 5.026 0.001 99.928
表 6：40 mm氧化釔燒結體之密度
40 mm尺寸
樣本標識 平均密度(g/cc) 標準差(g/cc) TD%
489-1 5.020 0.008 99.806
489-5 5.016 0.012 99.712
489-6 5.023 0.003 99.856
H3/79 5.03 0.005 100
表 7：406 mm氧化釔燒結體之密度及密度變化
406 mm尺寸
樣本 標準差 TD% 最大密度變化(%)
314 0.003 98.115 1.441
476 0.003 98.513 2.353
414 0.006 99.165 0.548
447 0.006 99.397 1.100
457 0.007 99.104 0.130
341 0.002 99.583 N/A
353 0.001 99.026 N/A
表 8：比較樣本之特性
比較 平均密度 雜質(ppm) 純度% 最大孔徑(µm)
TSC-03 N/A ＜ 5 ppm 99.9999+ N/A
107 4.987 42 99.9958 38
108 4.997 1644 99.8356 12
118 5.003 52 99.9948 7
表9及表10概述針對起始粉末及根據本文所揭示之方法製備之氧化釔燒結樣本所量測的純度。 表 9：氧化釔燒結體之純度特徵
樣本 粉末雜質範圍(ppm) 平均雜質(ppm) 平均粉末純度%
84 9.6 - 35.4 15 99.9985
187 6.3 - 9.1 7.7 99.9992
282 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-1 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-2 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-3 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-4 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-5 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-6 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-7 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-8 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-9 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-10 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
282-11 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
442 4.1 - 25.6 14.9 99.9985
442-1 4.1 - 25.6 14.9 99.9985
386 5.6 - 13 9.3 99.9991
386-1 5.6 - 13 9.3 99.9991
96 9.6 - 35.4 15 99.9985
294 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-1 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-2 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-3 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-4 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-5 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-6 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-7 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-8 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-9 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-10 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
294-11 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
152 9.6 - 35.4 15 99.9985
45 9.6 - 35.4 15 99.9985
45-1 9.6 - 35.4 15 99.9985
385 5.6 - 13 9.3 99.9991
385-1 5.6 - 13 9.3 99.9991
212 7.6 - 10 8.8 99.9991
440 4.1 - 25.6 14.9 99.9985
440-1 4.1 - 25.6 14.9 99.9985
323 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
323-1 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
317 7.6 - 10 8.8 99.9991
317-5 7.6 - 10 8.8 99.9991
319 9.6 - 35.4 15 99.9985
319-5 9.6 - 35.4 15 99.9985
328 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
328-1 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
329 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
329-1 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
334 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
334-1 24.8 - 45.7 35.3 99.9965
374 5.6 - 13 9.3 99.9991
374-1 5.6 - 13 9.3 99.9991
308 9.6 - 35.4 15 99.9985
481 4.1 - 25.6 14.9 99.9985
95 9.6 - 35.4 15 99.9985
85 9.6 - 35.4 15 99.9985
85-1 9.6 - 35.4 15 99.9985
86 9.6 - 35.4 15 99.9985
86-1 9.6 - 35.4 15 99.9985
87 9.6 - 35.4 15 99.9985
87-1 9.6 - 35.4 15 99.9985
200 4.1 - 25.6 14.9 99.9985
200-1 4.1 - 25.6 14.9 99.9985
11 9.6 - 35.4 15 99.9985
467 4.1 - 25.6 14.9 99.9985
489-1 2.6 - 5.8 4.2 99.9996
489-5 2.6 - 5.8 4.2 99.9996
489-6 2.6 - 5.8 4.2 99.9996
269 5.4 - 27.5 16.45 99.9984
314 24.8 - 45.7 35.25 99.9965
387 5.6 - 13 9.3 99.9991
476 5.6 - 13 9.3 99.9991
414 9.6 - 35.4 15 99.9985
447 4.1 - 25.6 14.85 99.9985
457 4.1 - 25.6 14.85 99.9985
341 24.8 - 45.7 35.25 99.9965
373 9.6 - 35.4 15 99.9985
353 9.6 - 35.4 15 99.9985
表10展示在本文所揭示之由粉末至氧化釔燒結體之製程期間的純度維持。 表 10：由粉末至氧化釔燒結體之純度
樣本 粉末ppm範圍 平均ppm純度 平均粉末純度% 燒結體污染物(ppm) 燒結體純度(%)
189-1 24.8 - 45.7 35.25 99.9965 36.1 99.9964
79 2.6 - 5.8 4.2 99.9996 9.2 99.9991
212 7.6 - 10 8.8 99.9991 6.1 99.9994
表11至表13展示石英(TSC 03)市售氧化釔部件(107、108、118)上及根據本發明製備之氧化釔燒結樣本上之不同加工氣體的蝕刻結果，包括加工條件。以兩步法進行CF 4/O 2蝕刻。步驟1在10毫托、90 sccm CF 4流量、30 sccm O 2流量、20 sccm氬氣流量及600 V偏壓、2000 W功率下進行1500秒。步驟2在10毫托、0 sccm CF 4流量、100 sccm O 2流量、20 sccm氬氣流量、600 V偏壓、2000 W功率下實施持續300秒。依序重複第一及第二步驟，直至第一步驟中CF 4暴露時間為24小時。O 2蝕刻條件為：壓力25毫托；CF 4/SF 6流量0 sccm；O 2流量100 sccm；Ar流量20 sccm；偏壓600 V；功率2000 W，總計6小時，及SF 6蝕刻條件為：壓力25毫托；SF 6流量100 sccm；O 2流量0 sccm；Ar流量50 sccm；偏壓300 V；功率2000 W，總計24小時。結果展示根據本發明製造之氧化釔燒結體的極佳耐腐蝕性。
根據本發明研發製備之氧化釔燒結體較佳展現以下梯級高度：對於如本文所揭示之CF 4/O 2蝕刻製程，0.2至0.98 µm，對於如本文所揭示之SF 6蝕刻製程，0.27至0.44 µm；及對於如本文所揭示之O 2蝕刻製程，0.1至0.13 µm。
根據本發明研發製備之氧化釔燒結體對於如本文所揭示之CF 4/O 2蝕刻製程較佳展現0.6×10 5至3.4×10 5µm 3之蝕刻體積，對於如本文所揭示之SF 6蝕刻製程，展現0.8×10 5至1.4×10 5µm 3之蝕刻體積，及對於如本文所揭示之O 2蝕刻製程，0.28至0.39 µm 3。
根據本發明研發製備之氧化釔燒結體對於如本文所揭示之CF 4/O 2蝕刻製程較佳展現0.14至0.68 nm/min之蝕刻速率，對於如本文所揭示之SF 6蝕刻製程，0.19至0.310 nm/min，及對於如本文所揭示之O 2蝕刻製程，0.07至0.09 nm/min。 表 11：CF 4/O 2蝕刻結果
CF4/02 蝕刻 平均梯級高度 (µm) 蝕刻速率 (nm/min) 平均體積 (µm 3)× 10 5 最大孔徑 (µm)
TSC 03 98.54 68.43 317.1 N/A
107 5.62 3.91 18 38
118 2.95 2.05 9.3 3
152 0.98 0.68 3.4 2
189-1 0.82 0.57 2.7 1
186-1 0.82 0.57 2.5 1.3
200 0.2 0.14 0.6 1.4
表 12：O 2蝕刻結果
O2 蝕刻 平均梯級高度 (µm) 蝕刻速率 (nm/min) 平均體積 (µm 3)× 10 5 最大孔徑 (µm)
TSC 03 3.983 2.766 12.620 N/A
107 0.883 0.613 2.750 38
200 0.130 0.090 0.387 1.4
152 0.100 0.069 0.279 2
表 13：SF 6蝕刻結果
SF6 蝕刻 平均梯級高度 (µm) 蝕刻速率 (nm/min) 平均體積 (µm 3) × 10 5 最大孔徑 (µm)
TSC 03 4.33 3.01 14.1 N/A
107 3.3 2.29 10.1 38
152 0.28 0.19 0.9 2
200 0.27 0.19 0.8 1.4
196 0.44 0.31 1.4 0.5
SF6 蝕刻 平均梯級高度 (µm) 蝕刻速率 (nm/min) 平均體積 (µm 3)× 10 5 最大孔徑 (µm)
TSC 03 4.33 3.01 14.1 N/A
107 3.3 2.29 10.1 38
152 0.28 0.19 0.9 2
200 0.27 0.19 0.8 1.4
表 13：粒徑結果
部件 粒徑d10，um 粒徑d50，um 粒徑d90，um 粒徑d100，um
H3/79 0.8 1.4 2.4 6.5
63 0.7 1.2 2.2 5.7
62 0.4 0.9 1.5 3.4
H1/66 0.5 0.8 1.4 3.8
H2/65 4 13 27.1 69.2
晶界
晶界之組成及特徵可與蝕刻及侵蝕效能相關。如由M. Watanabe及D.B. Williams在以全文引用的方式併入本文中的「The quantitative analysis of thin film specimens; a review of progress from the Cliff-Lorimer to the new Zeta-factor methods」(J. Microsc. 221 (2006) 89-109)中所報告，晶界特徵可藉由ξj (ξ)因數定量計算。質量厚度(ρt)及元素組成(CN)經計算為：
Figure 02_image003
其中ρ係試樣密度，t係試樣厚度，ζ因數係針對具有已知化學物質及厚度之元素j，且Ij係元素j之強度。De為如下計算之電子劑量：
Figure 02_image005
使用ρt，可根據以下等式針對吸收校正x射線信號：
Figure 02_image007
其中：
Figure 02_image009
且用針對x射線信號吸收之校正來計算質量厚度(ρt)及元素組成(CN)，如「Quantification of boundary segregation in the analytical electron microscope」(M. Watanabe, D.B. Williams, J. Microsc. 221 (2006) 89-109中所報導，其以全文引用之方式併入本文中。用於ζ因數方法之例示性程序係根據圖32揭示(Watanabe/Williams 2006)。
此後，EDS (能量色散x射線光譜分析)光譜獲自晶界及如圖9中所描繪之兩種鄰接晶粒的選區域，且晶界與鬆散晶粒之間的EDS光譜之元素組成差異經計算為過量覆蓋度，以原子數/平方奈米為單位(V.J. Keast, D.B. Williams, J. Microscopy 第199卷 Pt. 1,(2000)第45-55頁)。根據Keast等人，以原子數/平方奈米為單位之過量覆蓋度(或晶界覆蓋度)藉由特徵Γ描述晶界，其可根據下式計算：
Figure 02_image011
其中ρ為以原子數/立方奈米為單位之矩陣的密度，Am及As分別為矩陣及分離子之原子質量，且幾何因數V/A為相互作用體積與相互作用體積內部晶界面積之比率，且將為d及總試樣厚度之函數。如本文所用之分離子包含二氧化矽。
用於過量覆蓋度之正數指示晶界相對於鬆散晶粒具有較高濃度之特定元素，且對應地負數指示鬆散晶粒與晶界相比，元素具有較高濃度。
對比較樣本107，市售氧化釔樣本，關於其晶界組成及過量覆蓋度進行分析。圖10說明跨越樣本107之若干晶界的之過量覆蓋度(以原子/平方奈米為單位)之結果；二氧化矽相對於鄰接晶粒以約8至10個原子/平方奈米之過量數量存在於晶界中。
對由常見粉末供應物形成之樣本114關於其晶界組成及過量覆蓋率進行分析，該樣本與樣本152之常見粉末相同。圖11說明以原子數/平方奈米為單位之過量覆蓋度之結果。二氧化矽相對於鬆散晶粒組成以約2至約4個原子/平方奈米之量存在於晶界中。所有其他元素以低於二氧化矽之過量覆蓋度的過量覆蓋度含量存在。對應於樣本152，樣本114之晶界中除氧化釔以外的此等低含量之元素可提供較佳蝕刻結果，如在表8、9及10中跨越各種加工氣體所報告。
樣本 157：介電損耗
樣本157為具有203 mm (8'')之直徑及5 mm之厚度的氧化釔燒結樣本，在1550℃下在針對10至25℃/分鐘之30 MPa壓力下燒結30分鐘。其不經退火。密度＞98.5%氧化釔之理論密度，其報導為5.03 g/cc。介電結果列於表15中。 表 15：介電結果
樣本 1 MHz
介電常數 耗散因數
157-1 11.2 0.048
157-2 11.3 0.054
157-3 11.26 0.025
157-4 11.4 0.018
此外，介電損耗(或耗散因數)可受粒徑及粒徑分佈影響。微小粒徑亦可提供降低的介電損耗，且由此在較高頻率下使用時減少加熱。對於包含高純度氧化釔體之燒結陶瓷體，可達成約1×10 - 4至5.5×10 - 2、較佳1×10 - 4至5×10 - 2、較佳1×10 - 4至4×10 - 2、較佳1.6×10 - 2至5×10 - 2、較佳1×10 - 4至2×10 - 2的介電損耗。跨如表15中所列之4個量測值，氧化釔樣本157具有11.3之平均介電常數及3.6×10 - 2之平均介電損耗。
參看諸圖，選擇結果概括如下：
圖12展示先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及CM2/108相比於根據本發明之實施例的氧化釔燒結樣本H1/66、H2/65及H3/79之單步驟CF 4蝕刻體積。與先前技術相比，根據本發明之氧化釔燒結樣本明顯更耐蝕刻。
圖13展示先前技術TSC 03 (石英)及氧化釔燒結樣本118及107相比於根據本發明之實施例製造之各種氧化釔燒結樣本之CF 4+O 2平均蝕刻體積。與先前技術相比，根據本發明之氧化釔燒結樣本明顯更耐蝕刻。
圖14展示先前技術TSC 03 (石英)及氧化釔燒結樣本118及107相比於根據本發明實施例製造之各種氧化釔燒結樣本的CF 4+O 2平均梯級高度。與先前技術相比，根據本發明之氧化釔燒結樣本明顯更耐蝕刻。
圖15展示先前技術TSC 03 (石英)、氧化釔燒結樣本118及107相比於根據本發明實施例製造之各種樣本的CF 4+O 2平均蝕刻速率。與先前技術相比，根據本發明之氧化釔燒結樣本明顯更耐蝕刻。
圖16展示在單步驟CF 4蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及CM2/108之表面的50× SEM顯微圖。觀測到顯著蝕刻。
圖17展示在單步驟CF 4蝕刻製程前後，根據本發明製造之氧化釔燒結樣本H1/66、H2/65及H3/79之表面的1000× SEM顯微圖。根據本發明製造的樣本對蝕刻具有耐性。
圖18展示在單步驟CF 4蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及CM2/108之表面的1000× SEM顯微圖。觀測到顯著蝕刻。
圖19展示在單步驟CF 4蝕刻製程前後，根據本發明製造之氧化釔燒結樣本H1/66、H2/65及H3/79之表面的1000× SEM顯微圖。根據本發明製造的樣本對蝕刻具有耐性。
圖20展示在CF 4+O 2蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本107及118之表面的5000× SEM顯微圖。觀測到顯著蝕刻。
圖21展示在兩步驟CF 4+O 2蝕刻製程前後，根據本發明製造之氧化釔燒結樣本152及189-1之表面的5000× SEM顯微圖。根據本發明製造的樣本對蝕刻具有耐性。
圖22展示在根據本發明製造之氧化釔燒結樣本457之表面的邊緣處及同一表面的中心處的1000×及5000× SEM顯微圖。跨越表面顯示均勻密度及極少至無孔隙。根據本發明製造之樣本高度緻密且對蝕刻具有耐性。
圖23展示根據本發明之一個實施例的氧化釔物體(H1/66至H4/152)沒有任何孔徑大於2.00 µm之孔隙。
圖24為說明在單步驟CF 4蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及CM2/108相比於根據本發明實施例之氧化釔燒結樣本H1/66、H2/65及H3/79的50×光學放大率下之展開界面面積比Sdr的圖式。根據本發明製造的樣本對蝕刻具有耐性。
圖25為說明在單步驟CF 4蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及CM2/108相比於根據本發明實施例之氧化釔燒結樣本H1/66、H2/65及H3/79在光學放大率50×下的算術平均高度Sa (nm)的圖式。圖21及圖22展示相比於比較材料(CM1/107及CM2/108)，根據本發明之實施例的氧化釔材料(H1/66至H3/79)具有低得多的展開界面面積比Sdr及算術平均高度Sa。
圖26為展示CF 4+O 2蝕刻製程前後的來自工作實例之各種氧化釔燒結樣本的展開界面面積比Sdr之圖式。根據本發明製造的樣本對蝕刻具有耐性。
圖27為說明CF 4+O 2蝕刻製程前後的來自工作實例之各種樣本的算術平均高度Sa (nm)的圖式。根據本發明製造的樣本對蝕刻具有耐性。
圖28為說明來自工作實例之各種氧化釔燒結樣本相比於先前技術氧化釔燒結樣本的區域孔隙百分比之圖式。相比於比較材料(CM1/107及CM2/108)，根據本發明之一個實施例的氧化釔材料(H1/66至H4/152)具有低得多的孔隙面積百分比。
圖29為說明來自工作實例之各種樣本相比於先前技術氧化釔燒結樣本的累積面積(%)相對於孔徑(孔徑分佈)的圖式。詳言之，在例如小於1 μm之孔徑下，對於根據本發明之一個實施例的氧化釔材料H1/66至H3/79，由孔隙構成之區域面積的累積百分比為96%至100%，而對於比較材料CM1/107至CM3及H5/62，面積之累積百分比為約10%或更小。
圖30為說明來自工作實例之各種樣本相比於先前技術氧化釔燒結樣本的孔隙分佈相對於孔徑對數的圖式。先前技術材料107、108及118展現較大孔徑，約7 μm及更大，及包含孔隙之氧化釔燒結體之表面且由此體積的較高分數。
圖31為說明相對於氧化釔之理論密度，獲得密度為98%或更大的氧化釔燒結體所需之燒結壓力及溫度條件的圖式。
如本文中所揭示，已描述多個實施例。然而，應瞭解，可在不脫離如本文中所揭示之實施例之精神及範疇的情況下進行各種修改。因此，其他實施例在以下申請專利範圍之範圍內。
1:火花電漿燒結工具1 2:模具系統2 3:間隙3 4:上衝頭4及下衝頭4' 5:氧化釔粉末5 6:模具6 7:導電箔7/石墨箔7 8:內壁8/內表面8 9:中心軸9 11:外壁11 50:晶圓 9500:電容耦合式加工系統/半導體加工系統 9502:電漿源 9506:進氣口9506/氣體噴射器 9507:窗 9508:夾盤/靜電夾盤 9509:定位盤 9510:軸 9511:基座 9512:頂部屏蔽環 9513:屏蔽環 9514:蓋環 9550:真空室 9600:半導體加工系統 9606:氣體遞送系統 9608:夾盤 9609:定位盤 9610:軸 9611:基座 9612:頂部屏蔽環 9613:絕緣體環 9614:蓋環 9650:真空室 9700:蓮蓬頭/陶瓷蓮蓬頭 9710:頂部屏蔽環 9712:屏蔽環 9714:噴射器/噴嘴 P:燒結
將藉助於實例結合隨附圖式來描述該等發展，在該等隨附圖式中，結合氧化釔燒結體揭示之特徵亦適用於該等方法，且反之亦然：
圖1說明根據本發明技術之實施例的半導體加工系統；
圖2說明根據本發明技術之實施例的半導體加工系統之另一實施例；
圖3為具有位於真空室(未圖示)中之工具集的SPS燒結設備之截面視圖；該真空室具有用於燒結陶瓷材料之簡單配置；
圖4A說明展示一個箔層之圖3的一實施例；
圖4B說明展示兩個箔層之圖3的一替代實施例；
圖4C說明展示三個箔層之圖3的另一替代實施例；
圖5A及5B為圖3之SPS燒結設備的俯視平面圖；
圖6為描繪在1200℃下石墨材料A及B之平均熱膨脹係數(CTE)之徑向差異的圖式；
圖7 a)說明石墨材料A及B之熱膨脹係數的標準差(以ppm為單位)，且b)石墨材料A及B各自之熱膨脹係數差異，如在200至1200℃之操作溫度內所量測；
圖8為說明石墨材料A及B自400至1400℃之熱膨脹係數的圖式；
圖9為自晶界上之選定區域獲取的EDS (能量色散x射線光譜分析)光譜；
圖10說明跨越實例之樣本107之若干晶界的之過量覆蓋度(以原子數/平方奈米為單位)之結果；
圖11說明跨越實例之樣本114之若干晶界的過量覆蓋度(以原子數/平方奈米為單位)之結果；
圖12展示在如本文中所揭示之單步驟CF 4蝕刻製程之後，先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及CM2/108相比於根據本發明實施例之氧化釔燒結樣本H1/66、H2/65及H3/79的CF 4蝕刻體積；
圖13展示先前技術TSC 03 (石英)及氧化釔燒結樣本118及107相比於根據本發明實施例製造之各種氧化釔燒結樣本的CF 4+O 2平均蝕刻體積(在如本文所揭示之兩步蝕刻方法之後)；
圖14展示先前技術TSC 03 (石英)及氧化釔燒結樣本118及107相比於根據本發明實施例製造之各種氧化釔燒結樣本的CF 4+O 2平均梯級高度(在兩步蝕刻方法之後)；
圖15展示先前技術TSC 03 (石英)、氧化釔燒結樣本118及107相比於根據本發明實施例製造之各種樣本的CF 4+O 2平均蝕刻速率(在兩步蝕刻方法之後)；
圖16展示在單步驟CF 4蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及CM2/108之表面的50× SEM顯微圖；
圖17展示在單步驟CF 4蝕刻製程前後，根據本發明製造之氧化釔燒結樣本H1/66、H2/65及H3/79之表面的50× SEM顯微圖；
圖18展示在單步驟CF 4蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及CM2/108之表面的1000× SEM顯微圖；
圖19展示在單步驟CF 4蝕刻製程前後，根據本發明製造之氧化釔燒結樣本H1/66、H2/65及H3/79之表面的1000× SEM顯微圖；
圖20展示在單步驟CF 4+O 2蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本107及118之表面的5000× SEM顯微圖；
圖21展示在兩步CF 4+O 2蝕刻製程前後，根據本發明製造之氧化釔燒結樣本152及189-1之表面的5000× SEM顯微圖；
圖22展示在根據本發明製造之氧化釔燒結樣本之邊緣處之表面及相同氧化釔燒結樣本457之中心處之表面的1000×及5000× SEM顯微圖；
圖23展示根據本發明之一個實施例的氧化釔體(H1/66至H4/152)沒有任何孔徑大於2.00 µm之孔隙；
圖24為說明在單步驟CF 4蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及CM2/108相比於根據本發明實施例之氧化釔燒結樣本H1/66、H2/65及H3/79在50×光學放大率下之展開界面面積比Sdr的圖式；
圖25為說明在單步驟CF 4蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及CM2/108相比於根據本發明實施例之氧化釔燒結樣本H1/66、H2/65及H3/79在光學放大率50×下量測的算術平均高度Sa (nm)的圖式；
圖26為展示在兩步CF 4+O 2蝕刻製程前後，先前技術氧化釔燒結樣本CM1/107及來自工作實例之各種氧化釔燒結樣本在光學放大率50×下量測的展開界面面積比Sdr的圖式；
圖27為說明在兩步CF 4+O 2蝕刻製程前後，現有技術氧化釔燒結樣本CM1/107及來自工作實例之各種樣本在光學放大率50×下量測的算術平均高度Sa (nm)的圖式；
圖28為說明來自工作實例之各種氧化釔燒結樣本相比於先前技術氧化釔燒結樣本的區域孔隙率之圖式；
圖29為說明來自工作實例之各種樣本相比於先前技術氧化釔燒結樣本中的累積面積(%)相對於樣本孔徑(孔徑分佈)的圖式；
圖30為說明來自工作實例之各種樣本相比於先前技術氧化釔燒結樣本的孔隙率分佈相對於孔徑對數的圖式；
圖31為說明相對於氧化釔之理論密度，獲得密度為98%或更大的氧化釔燒結體所需之燒結壓力及溫度條件的圖式；及
圖32為使用x射線吸收校正的ξ因數方法之定量程序的流程圖。
50:晶圓
9500:電容耦合式加工系統/半導體加工系統
9502:電漿源
9506:進氣口9506/氣體噴射器
9507:窗
9508:夾盤/靜電夾盤
9509:定位盤
9510:軸
9511:基座
9512:頂部屏蔽環
9513:屏蔽環
9514:蓋環
9550:真空室

Claims (115)

  1. 一種氧化釔燒結體，其總雜質含量為40ppm或更少，且密度不小於4.93g/cm3，其中該氧化釔燒結體之至少一個晶界包含量不小於1至不大於10個原子/平方奈米的二氧化矽，其中該氧化釔燒結體之至少一個表面包含至少一個孔隙，且其中沒有孔隙之直徑大於5μm。
  2. 如請求項1之氧化釔燒結體，其中該密度不小於4.96g/cm3。
  3. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該密度不小於4.98g/cm3。
  4. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該密度不小於5.01g/cm3。
  5. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中沒有孔隙之直徑大於4μm。
  6. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中沒有孔隙之直徑大於3μm。
  7. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中沒有孔隙之直徑大於2μm。
  8. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中沒有孔隙之直徑大於1μm。
  9. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為35ppm或更少。
  10. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為30ppm或更少。
  11. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為25ppm或更少。
  12. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為20ppm或更少。
  13. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為15ppm或更少。
  14. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該總雜質含量為10ppm或更少。
  15. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中如在環境溫度下根據ASTM D150所量測，該氧化釔燒結體在1MHz頻率下具有1.5×10-2至5.0×10-2之介電損耗。
  16. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其在以下方法中展現小於約375,000μm3之蝕刻體積，在該方法中，該至少一個表面之10mm×5mm區域在10毫托壓力、20sccm氬氣流速、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條 件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90sccm CF4流速、30sccm氧氣流速，持續1500秒，且該第二步驟具有0sccm CF4流速及100sccm氧氣流速，持續300秒，其中該第一步驟及該第二步驟依序重複，直至該第一步驟中之CF4暴露時間為24小時。
  17. 如請求項16之氧化釔燒結體，其展現小於約325,000μm3之蝕刻體積。
  18. 如請求項16之氧化釔燒結體，其展現小於約275,000μm3之蝕刻體積。
  19. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的95%或更多，最大孔徑為1.50μm。
  20. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的97%或更多，最大孔徑為1.75μm。
  21. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的99%或更多，最大孔徑為2.00μm。
  22. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其在以下方法中展現小於1.0nm/min之蝕刻速率，在該方法中，該至少一個表面之10mm×5mm區域在10毫托壓力、20sccm氬氣流速、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻 條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90sccm CF4流速、30sccm氧氣流速，持續1500秒，且該第二步驟具有0sccm CF4流速及100sccm氧氣流速，持續300秒，其中該第一步驟及該第二步驟依序重複，直至該第一步驟中之CF4暴露時間為24小時。
  23. 如請求項22之氧化釔燒結體，其中該蝕刻速率小於0.9nm/min。
  24. 如請求項22之氧化釔燒結體，其中該蝕刻速率小於0.8nm/min。
  25. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.3.2節所測定，未蝕刻區域中之展開界面面積Sdr小於250×10-5。
  26. 如請求項25之氧化釔燒結體，其中該未蝕刻區域中之該展開界面面積Sdr小於225×10-5。
  27. 如請求項25之氧化釔燒結體，其中該未蝕刻區域中之該展開界面面積Sdr小於200×10-5。
  28. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其在以下方法中展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.3.2節所測定，蝕刻區域中之展開界面面積Sdr小於200×10-5，在該方法中，該至少一個表面之6mm×6mm區域在10毫托壓力以及90sccm CF4流速、30sccm氧氣流速、20sccm氬氣流速及600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件持續24小時。
  29. 如請求項28之氧化釔燒結體，其中該蝕刻區域中之該展開界面面積Sdr小於175×10-5。
  30. 如請求項28之氧化釔燒結體，其中該蝕刻區域中之該展開界面面積Sdr小於150×10-5。
  31. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其在以下方法中展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.1.7節所測定，算術平均高度Sa小於30nm，在該方法中，該至少一個表面之10mm×5mm區域在10毫托壓力、20sccm氬氣流速及600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90sccm CF4流速、30sccm氧氣流速，持續300秒，且該第二步驟具有0sccm CF4流速及100sccm氧氣流速，持續300秒，其中步驟1及2依序重複，持續6小時之總蝕刻時間。
  32. 如請求項31之氧化釔燒結體，其中該Sa小於20nm。
  33. 如請求項31之氧化釔燒結體，其中該Sa小於15nm。
  34. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該至少一個表面具有小於0.15%由孔隙佔據的區域。
  35. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該至少一個表面具有小於0.10% 由孔隙佔據的區域。
  36. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其中該氧化釔燒結體在SF6蝕刻方法後展現0.27至0.28μm之梯級高度變化。
  37. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其粒徑d50為0.1μm至25μm。
  38. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其粒徑d50為0.5μm至15μm。
  39. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其粒徑d50為0.5μm至10μm。
  40. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為100mm至600mm。
  41. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為100mm至406mm。
  42. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為200mm至600mm。
  43. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為350mm至600mm。
  44. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為500mm至600mm。
  45. 如請求項1或2之氧化釔燒結體，其至少一個尺寸為550mm至600mm。
  46. 如請求項40之氧化釔燒結體，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過3%。
  47. 如請求項40之氧化釔燒結體，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過2%。
  48. 如請求項40之氧化釔燒結體，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過1%。
  49. 一種製造氧化釔燒結體之方法，該方法包含以下步驟：a.將氧化釔粉末安置於由火花電漿燒結工具界定之內部體積內，其中該火花電漿燒結工具包含：模具，該模具包含側壁，該側壁包含內壁及外壁，其中該內壁具有界定該內部體積之直徑；與該模具可操作地耦接之上衝頭及下衝頭，其中該上衝頭及該下衝頭中之每一者的外徑小於該模具之該內壁之直徑，由此當該上衝頭及該下衝頭中之至少一者在該模具之該內部體積內移動時，在該上衝頭及該下衝頭中之每一者與該模具之該內壁之間產生間隙，其中該間隙為10μm至70μm寬，且在該內部體積內產生 真空條件；b.藉由在該模具之該內部體積內移動該上衝頭及該下衝頭中之至少一者將壓力施加至該氧化釔粉末而向該氧化釔粉末施加10MPa至60MPa壓力，同時加熱至1200至1600℃之燒結溫度且執行燒結，以形成氧化釔燒結體；及c.降低該氧化釔燒結體之溫度，其中步驟a)之該氧化釔粉末之表面積為10m2/g或更小，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為40ppm或更少，密度不小於4.93g/cm3，且至少一個表面包含至少一個孔隙，且其中沒有孔隙之直徑大於5μm。
  50. 如請求項49之方法，其進一步包含以下步驟：d.視情況藉由施加熱量將該氧化釔燒結體之溫度升高達到退火溫度，執行退火，來使該氧化釔燒結體退火；e.藉由移除施加至該氧化釔燒結體之熱源而將經退火氧化釔燒結體之溫度降低至環境溫度；及f.視情況機械加工該經退火氧化釔燒結體以產生氧化釔燒結體組件，其中該氧化釔燒結體組件係選自由以下組成之群：介電質窗、聚焦環、噴嘴、蓮蓬頭、氣體分配板、蝕刻室襯裡、電漿源配接器、進氣口配接器、擴散器、夾盤、定位盤、混合歧管、離子抑制元件、面板、隔離器、間隔件及保護環。
  51. 如請求項50之方法，其中該氧化釔燒結體組件係選自由以下組成之群：RF窗、氣體噴射器及電子晶圓夾盤。
  52. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔粉末在步驟a)之前經煅燒。
  53. 如請求項49至51中任一項之方法，其中在加熱時施加至該氧化釔之壓力為10MPa至40MPa。
  54. 如請求項49至51中任一項之方法，其中在加熱時施加至該氧化釔之壓力為20MPa至40MPa。
  55. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔粉末之表面積為1.5至7.0m2/g。
  56. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔粉末之表面積為2.0至4.0m2/g。
  57. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔粉末之純度高於99.998%。
  58. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔粉末之純度高於99.999%。
  59. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之純度在 99.99%與99.999%之間。
  60. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之純度在99.999%與99.9996%之間。
  61. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該燒結係經執行1分鐘至120分鐘之時間。
  62. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該燒結係經執行2分鐘至60分鐘之時間。
  63. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之密度不小於4.96g/cm3。
  64. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之密度不小於4.98g/cm3。
  65. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之密度不小於5.01g/cm3。
  66. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該至少一個表面上沒有孔隙之直徑大於4μm。
  67. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該至少一個表面上沒有孔隙之直徑大於3μm。
  68. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該至少一個表面上沒有孔隙之直徑大於2μm。
  69. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該至少一個表面上沒有孔隙之直徑大於1μm。
  70. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為35ppm或更少。
  71. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為30ppm或更少。
  72. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為25ppm或更少。
  73. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為20ppm或更少。
  74. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為15ppm或更少。
  75. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為10ppm或更少。
  76. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之總雜質含量為6ppm或更少。
  77. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體在以下方法中展現小於約375,000μm3之蝕刻體積，在該方法中，該至少一個表面之10mm×5mm區域在10毫托壓力、20sccm氬氣流速、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90sccm CF4流速、30sccm氧氣流速，持續1500秒，且該第二步驟具有0sccm CF4流速及100sccm氧氣流速，持續300秒，其中該第一步驟及該第二步驟依序重複，直至該第一步驟中之CF4暴露時間為24小時。
  78. 如請求項77之方法，其中該氧化釔燒結體展現小於約325,000μm3之蝕刻體積。
  79. 如請求項77之方法，其中該氧化釔燒結體展現小於約275,000μm3之蝕刻體積。
  80. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之孔徑分佈 為對於該至少一個表面上之所有孔隙的95%或更多，最大孔徑為1.50μm。
  81. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的97%或更多，最大孔徑為1.75μm。
  82. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之孔徑分佈為對於該至少一個表面上之所有孔隙的99%或更多，最大孔徑為2.00μm。
  83. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體在以下方法中展現小於1.0nm/min之蝕刻速率，在該方法中，該至少一個表面之10mm×5mm區域在10毫托壓力、20sccm氬氣流速、600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90sccm CF4流速、30sccm氧氣流速，持續1500秒，且該第二步驟具有0sccm CF4流速及100sccm氧氣流速，持續300秒，其中該第一步驟及該第二步驟依序重複，直至該第一步驟中之CF4暴露時間為24小時。
  84. 如請求項83之方法，其中該蝕刻速率小於0.9nm/min。
  85. 如請求項83之方法，其中該蝕刻速率小於0.8nm/min。
  86. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.3.2節所測定，未蝕刻區域中之展開界面面積Sdr小於250×10-5。
  87. 如請求項86之方法，其中該未蝕刻區域中之該展開界面面積Sdr小於225×10-5。
  88. 如請求項86之方法，其中該未蝕刻區域中之該展開界面面積Sdr小於200×10-5。
  89. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體在以下方法中展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.3.2節所測定，蝕刻區域中之展開界面面積Sdr小於200×10-5，在該方法中，該至少一個表面之6mm×6mm區域在10毫托壓力以及90sccm CF4流速、30sccm氧氣流速、20sccm氬氣流速及600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件。
  90. 如請求項89之方法，其中該蝕刻區域中之該展開界面面積Sdr小於175×10-5。
  91. 如請求項89之方法，其中該蝕刻區域中之該展開界面面積Sdr小於150×10-5。
  92. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體在以下方法中展現如藉由ISO標準25178-2-2012第4.1.7節所測定，算術平均高度Sa小於30nm，在該方法中，該至少一個表面之10mm×5mm區域在10毫托壓力、20sccm氬氣流速及600伏偏壓及2000瓦ICP功率下經受蝕刻條件，其中該方法具有第一步驟及第二步驟，其中該第一步驟具有90sccm CF4流速、30sccm氧氣流速，持續300秒，且該第二步驟具有0sccm CF4流速及100sccm氧氣流速，持續300秒，其中步驟1及2依序重複，持續6小時之總蝕刻時間。
  93. 如請求項92之方法，其中該Sa小於20nm。
  94. 如請求項92之方法，其中該Sa小於15nm。
  95. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該至少一個表面具有小於0.15%由孔隙佔據的區域。
  96. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該至少一個表面具有小於0.10%由孔隙佔據的區域。
  97. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之粒徑d50為0.1μm至25μm。
  98. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之粒徑d50為 0.5μm至15μm。
  99. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之粒徑d50為0.5μm至10μm。
  100. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為100mm至600mm。
  101. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為100mm至406mm。
  102. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為200mm至600mm。
  103. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為350mm至600mm。
  104. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為500mm至600mm。
  105. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體之至少一個尺寸為550mm至600mm。
  106. 如請求項100之方法，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過3%。
  107. 如請求項100之方法，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過2%。
  108. 如請求項100之方法，其中該密度沿著該至少一個尺寸之變化不超過1%。
  109. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該氧化釔燒結體在SF6蝕刻方法後展現0.27至0.28μm之梯級高度變化。
  110. 如請求項49至51中任一項之方法，其中該模具之該內壁包含至少一個導電箔。
  111. 如請求項110之方法，其中該至少一個導電箔包含石墨、鈮、鎳、鉬或鉑。
  112. 如請求項110之方法，其中該模具、該上衝頭及該下衝頭包含至少一種石墨材料。
  113. 如請求項112之方法，其中該至少一種石墨材料之粒徑係1至50μm。
  114. 如請求項112之方法，其中該至少一種石墨材料之密度係1.45至2.0g/cc。
  115. 如請求項112之方法，其中該至少一種石墨材料之熱膨脹係數圍繞中心軸變化之量係0.3×10-6/℃及更小。
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