專利名稱：密封等離子處理室的氧化釔等離子噴鍍涂覆部件的方法
密封等離子處理室的氧化釔等離子噴鍍涂覆部件的方法本申請是申請日為2008年01月03日、申請?zhí)枮?00880002182. 9、名稱為“延長 作為等離子室材料的氧化釔的壽命”的發(fā)明申請的分案。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體材料處理領(lǐng)域，存在各種不同的用于半導(dǎo)體處理應(yīng)用的設(shè)備，這 些應(yīng)用包括等離子體的使用，如等離子蝕刻、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積和抗蝕劑剝除。這些 工藝所需要的設(shè)備包括用于等離子室內(nèi)并且需在那個(gè)環(huán)境中運(yùn)行的部件。等離子室內(nèi)的環(huán) 境可能包括暴露于等離子、暴露于蝕刻劑氣體以及熱循環(huán)。由于在這樣的處理室中工藝氣 體和等離子的腐蝕特性，以及最小化室中處理的基片的顆粒和/或金屬污染的要求，所以 需要這種設(shè)備的等離子暴露部件能夠耐受這種氣體和等離子的侵蝕和腐蝕。在一些工藝室 環(huán)境中，例如，含鹵素高密度等離子蝕刻室環(huán)境，環(huán)境是高度腐蝕性的，導(dǎo)致多個(gè)不同室部 件受到侵蝕，包括室壁、襯墊、工藝工具套件和介電窗。而對于高密度含氟等離子蝕刻環(huán)境 特別是這樣，該環(huán)境常常連同介電蝕刻工藝一起使用。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種制造等離子處理室三層部件的方法。該方法包括共同燒結(jié)雙層生 坯，其中一層包括氧化鋁顆粒，第二層包括氧化釔顆粒。這兩層在燒結(jié)工藝期間密切接觸。 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該三層部件包括外部氧化釔層、中間YAG層和第二外部氧化鋁層。優(yōu) 選地，該兩層在燒結(jié)工藝期間壓在一起。
所產(chǎn)生的三層部件孔隙度非常低。優(yōu)選地，該外部氧化釔層、該YAG中間層 和該第二外部氧化鋁層任一個(gè)的孔隙度小于3%。在實(shí)施例中，該部件是介電窗、室壁、室襯 墊、基片支撐件、隔板、氣體分配板、等離子限制環(huán)、噴嘴、緊固件、加熱元件、等離子聚焦環(huán) 或卡盤。
還提供一種密封等離子處理室的氧化釔等離子噴鍍涂覆部件的方法。該方 法包括通過將該密封劑刷涂在該部件所有氧化釔表面上，施加室溫粘度小于50cP的液體 厭氧密封劑至該部件，濕法清潔該部件，在隊(duì)環(huán)境中至少150°C下固化該濕法清潔的部件超 過2小時(shí)；以及通過重復(fù)施加第一涂層所使用的步驟將第二密封劑涂層施加于該固化的基 片。


圖1示出Versys 2300 的示意圖，其是一個(gè)示范性的等離子反應(yīng)器，包括 具有熱噴鍍涂層(如氧化釔涂層)的部件。
圖2a示出燒結(jié)之前氧化鋁和氧化釔組成的復(fù)合物，以及圖2b示出燒結(jié)之 后的該復(fù)合物。
圖3示出共同燒結(jié)的TCP窗的示意性構(gòu)造。
圖4示出電氣測試設(shè)備的示意性構(gòu)造，其包括將氧化釔表面暴露于稀HCl溶液。W009]圖5示出多個(gè)涂覆氧化釔的鋁樣片的測得電阻與暴露面積的乘積與HCl蝕 刻時(shí)間的函數(shù)的圖表。
具體實(shí)施例方式
用于半導(dǎo)體基片(如硅晶片)的等離子處理設(shè)備包括等離子蝕刻室，其用 于半導(dǎo)體器件制造工藝中以蝕刻如半導(dǎo)體、金屬和電介質(zhì)這樣的材料。例如，導(dǎo)體蝕刻室可 用來蝕刻如鋁或硅材料。導(dǎo)體蝕刻工藝中所使用的代表性氣體包括CF4和SF6，這些氣體對 等離子室部件具有腐蝕作用。由于等離子蝕刻設(shè)備上氧化釔(Y2O3)的高級屬性和出色性 能，所以氧化釔廣泛地用作半導(dǎo)體蝕刻設(shè)備的表面涂層。具有氧化釔涂層的等離子室部件 表現(xiàn)出經(jīng)過證明的在Cl基和F基高密度等離子下提高的等離子抗性。對于金屬蝕刻應(yīng)用， 據(jù)報(bào)道涂覆氧化釔的表面在等離子環(huán)境中表現(xiàn)出的耐久性是單獨(dú)的高純度陶瓷氧化鋁的 十倍。在聚乙烯蝕刻應(yīng)用中，氧化釔可用作非消耗室材料。使用氧化釔還避免形成AlF3，其 對于導(dǎo)電蝕刻應(yīng)用是潛在的顆粒源。
用作室材料的氧化釔可作為等離子噴鍍涂層應(yīng)用于陽極氧化的鋁或 者高純度氧化鋁部件，如室襯墊和介電窗。一個(gè)示范性的包括具有如氧化釔涂層的 熱噴鍍涂層的部件的等離子反應(yīng)器為Versys 2300 蝕刻器，其可從Lam Research Corporation (Fremont, CA)獲得，并且在圖1中示意性示出。該反應(yīng)器包括反應(yīng)器室100， 其包括基片支撐件101，該支撐件包括靜電卡盤102，該卡盤向基片(如半導(dǎo)體晶片)(未 示)提供夾緊力。該基片支撐件101通常由陽極氧化的鋁組成，還可用來施加RF偏置至該 基片。該基片還可使用熱傳遞氣體(如氦氣)進(jìn)行背部冷卻。處理氣體通過位于該室100 頂部并且與氣體輸入105連接的氣體噴射器104引入該室100。該氣體噴射器104通常由 石英或陶瓷材料(如氧化鋁)組成。如所示，感應(yīng)線圈106可由合適的RF源(未示)供電 以提供高密度等離子。該感應(yīng)線圈106通過介電窗107將RF能量耦合進(jìn)室100內(nèi)部。該 窗107通常由介電材料(如石英或氧化鋁)組成。該窗107示為安裝在環(huán)形構(gòu)件108，其通 常由陽極氧化的鋁組成。該環(huán)形構(gòu)件108將窗107與該室100頂部隔開。通常由陽極氧化 的鋁組成的隔板屏(bafflescreen) 109圍繞該基片支撐件101。該室100還可包括合適的 真空泵裝置(未示)，用以將該室內(nèi)部保持在所需壓力。
圖1中，所選取的反應(yīng)器部件(如該環(huán)形構(gòu)件108、介電窗107、基片支撐件 101、室襯墊109、氣體噴射器104和該靜電卡盤102)的內(nèi)部表面示為涂覆有熱噴涂涂層，如 氧化釔涂層110。如圖1所示，所選取的該室100的內(nèi)表面和該室襯墊109下方的基片支撐 件101的內(nèi)部表面也提供有熱噴鍍涂層(如氧化釔涂層110)。任何或者所有這些表面，以 及任何別的反應(yīng)器內(nèi)部表面可提供有熱噴鍍涂層，像氧化釔涂層。
然而，盡管熱噴鍍的氧化釔涂層具有低孔隙度，通常大約5%，并且可保護(hù) 該部件的下層材料不受等離子影響，但是該涂層缺少足夠的完整性以阻止某些反應(yīng)物的穿 透。這是因?yàn)樗袩釃婂兺繉拥墓餐卣魇撬鼈兊耐哥R狀及層狀細(xì)粒結(jié)構(gòu)，這是由小液滴 快速固化、高速撞擊冷表面而扁平化所導(dǎo)致的。盡管這樣產(chǎn)生基本上牢固的覆蓋，其中發(fā)生 機(jī)械連結(jié)和擴(kuò)散粘合，但是還會在該氧化釔涂層中產(chǎn)生小的空隙、細(xì)孔、微結(jié)構(gòu)以及不完全 粘合區(qū)域。差的氧化釔涂層，例如，會具有15%的開口容積。這意味著其有可能允許化學(xué)制劑穿透到該陽極氧化的鋁基片。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)等離子室中，等離子噴鍍涂覆的氧化釔在使用后從陽極氧化的和 陶瓷的表面脫落。這些失效降低氧化釔作為高級室材料的壽命并且造成成本增加。不希望 受到理論限制，調(diào)查導(dǎo)致氧化釔涂層失效的四種可能的根源。應(yīng)當(dāng)理解這些模型僅僅是為 了說明目的以及也會存在別的模型
1.對于那些用于鋁蝕刻室的部件，或具有陽極氧化的層的部件，在使用過 的蝕刻部件上可以發(fā)現(xiàn)的副產(chǎn)物會與空氣中的水分子反應(yīng)形成酸。例如，AlCl3，一種金屬 蝕刻副產(chǎn)物，可與H2O反應(yīng)形成氫氯酸，HCl?？赡艿姆磻?yīng)如下2A1C13+3H20 = 2A1 (OH) 3+6HC1(1)因?yàn)檠趸惪删哂写蠹s5%體積的孔隙度，所以所形成的HCl會通過這些細(xì)孔穿 透該氧化釔層，以在陽極氧化的基片或陶瓷基片的例子中分別到達(dá)該氧化釔/陽極氧化層 分界面。HCl將在該分界面攻擊氧化釔，導(dǎo)致粘合強(qiáng)度降低。
在陽極氧化的鋁基片的例子中，HCl還通過該陽極氧化的層中的裂縫到達(dá) 鋁，導(dǎo)致產(chǎn)生氫氣(H2)的化學(xué)反應(yīng)，這是潛在的該氧化釔涂層剝離的原因?？赡艿姆磻?yīng)如 下6HC1+2A1 = 2A1C13+3H2(2)另外，所產(chǎn)生的氯化鋁會再次與水分子反應(yīng)形成額外的氫氯酸，而再次開始這個(gè) 過程。當(dāng)在該陽極氧化的鋁層下方產(chǎn)生足夠的氫氣，就形成氣體空腔。當(dāng)建立起足夠的壓 力，會對其上方的層造成極大的損害。就是說，形成氣泡，其最終導(dǎo)致該陽極氧化的鋁和氧 化釔層剝落或脫落。防止在氧化釔表面上形成HCl的步驟已經(jīng)在共有美國申請(主體為 "Extending Storage Time Of Removed Plasma Chamber Components Prior To Cleaning Thereof)No. 11/239，396中描述，遞交于9/30/05，此處完整引入作為參考。
2.在涂覆氧化釔部分的精確濕法清潔之后，如果該氧化釔涂層沒有完全烘 烤，會導(dǎo)致不完全的水分子去除。在這種情況中，在隨后的金屬蝕刻工藝期間，Cl2會與殘余 的水分子反應(yīng)形成HC1。這個(gè)反應(yīng)在該涂層下方產(chǎn)生熱量和HC1，并且會產(chǎn)生許多細(xì)小的氣 泡，以及該氧化釔涂層表面的剝離。
3.等離子噴鍍涂覆導(dǎo)致與目標(biāo)表面的物理粘合。噴砂工藝用來粗糙化目標(biāo) 陽極氧化的或陶瓷表面，其增強(qiáng)該氧化釔涂層和該基片之間的粘合強(qiáng)度。該噴砂工藝中由 于不均勻的質(zhì)量控制導(dǎo)致的變化，以及該目標(biāo)基片在等離子噴鍍涂覆之前的表面清潔也會 影響粘合強(qiáng)度。所以，部件制造的質(zhì)量控制會影響氧化釔等離子噴鍍涂層的壽命。
不考慮其機(jī)理，在存在蝕刻副產(chǎn)物的情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了表面層的脫落?？?慮到上面描述的與在等離子處理室中使用涂覆氧化釔部件有關(guān)的缺點(diǎn)，進(jìn)行進(jìn)一步的研究 以開發(fā)出包括不同的、更適合材料的部件。作為這些研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)可使用包括可選制造 技術(shù)的部件而沒有上面提到的缺點(diǎn)。按照優(yōu)選實(shí)施例，包括共同燒結(jié)的氧化鋁和氧化釔的 部件提供良好的、抑制該氧化釔保護(hù)層脫落的保護(hù)。
就其本身來說，氧化釔具有較低機(jī)械強(qiáng)度。例如，氧化釔的彎曲強(qiáng)度為140MPa，斷裂韌度為1. 2MPa m1/2，這兩個(gè)值都認(rèn)為是不足以制造介電窗。盡管某些燒結(jié)的高 純度氧化釔已經(jīng)作為實(shí)心材料制造進(jìn)室部件，如邊緣環(huán)、聚焦環(huán)和襯墊，但是這樣的部件并 不如所需的那樣結(jié)實(shí)而且很昂貴。有利地是，高純度氧化釔薄層可提供由上面描述的由氧 化釔提供的優(yōu)點(diǎn)。氧化釔層可應(yīng)用于高純度氧化鋁窗，其相比氧化釔具有更佳的機(jī)械屬性。 例如，氧化鋁的彎曲強(qiáng)度為350MPa，斷裂韌度為4. 5MPa m"2，名義因數(shù)為對應(yīng)的氧化釔的值 的2.5和3. 75倍。按照優(yōu)選實(shí)施例，使用高純度(99.7%)氧化鋁作為用于RF耦合的介電 窗的基材滿足了對于該介電窗具有足夠機(jī)械屬性的要求。
下面的詳細(xì)示例描述共同燒結(jié)的工藝，應(yīng)用于介電窗部件(如107)的制 造。它是說明性而非排斥性示例1 按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例制造陶瓷窗包括下面步驟W023]氧化鋁粉末與聚合物粘結(jié)劑機(jī)加工混合在一起形成生坯。氧化釔粉末與粘 結(jié)劑類似地混合以形成第二生坯。每個(gè)坯都形成為具有平滑表面的圓盤形，并且直徑至少 是所需要的最終直徑。然后將這些圓盤形成大約33mm厚的高純度氧化鋁和大約5mm厚的 高純度氧化釔雙層結(jié)構(gòu)。將該雙層結(jié)構(gòu)壓在一起，作為為生坯機(jī)加工做準(zhǔn)備的形成步驟的 一部分?？梢匝卦搱A盤的中軸線均衡地或者單向地壓該結(jié)構(gòu)。在這個(gè)示例中，該陶瓷窗的 總厚度為大約1.5英寸，是所需要的介電窗的目標(biāo)厚度。
然后，使用干燥工藝(如加熱板)在大約100-200°C干燥該雙層結(jié)構(gòu)，仍然 是生坯。在這個(gè)位置，去除壓力，可將該生坯機(jī)加工為所需要的形狀。然后，在大氣環(huán)境中， 將該生坯在窯中煅燒。或者，煅燒氣體(如H2或N2)可用來取代空氣。因?yàn)樘沾刹牧舷鄬?較低的耐熱沖擊性，所以使用較緩的溫度坡度?？墒褂弥辽俅蠹s1整天(24小時(shí))的溫度 上升時(shí)間以達(dá)到大約1600°C的燒結(jié)溫度。該燒結(jié)溫度保持至少大約5天(120小時(shí))，然后 開始進(jìn)行緩慢的溫度下降。該溫度下降時(shí)間優(yōu)選地與該溫度上升時(shí)間相匹配，至少大約1 天(24小時(shí))。
可選地，該均衡或單向壓力還可在燒結(jié)工藝期間施加以促進(jìn)更恒定的處理 結(jié)果。在這種情況下，燒結(jié)工藝有時(shí)也稱為“HIP”工藝，熱均衡壓力的縮寫。
煅燒之后，可將該生坯研磨和/或拋光，以達(dá)到所需的表面光潔度。另外， 執(zhí)行檢查，進(jìn)行裂縫、表面磨損或表面粗糙度的檢查。在檢查之后，將該生坯放進(jìn)等級100 的清潔室中，其中清潔掉金屬污染物。清潔過程可以概括為下面的次序1.去離子(DI)水沖洗5分鐘
2.利用清潔室擦拭來擦拭部件
3.利用過濾后的清潔干燥空氣(CDA)吹干部件
4.利用異丙醇擦拭20-30分鐘
5.將部件在丙酮中浸泡10分鐘，接著利用去離子水擦拭和沖洗
6.利用過濾后的CDA吹干部件
7.在室溫下將部件放在氨(29% )、過氧化氫(30% )和水按體積比(1:1:2至1 1 5)組成的溶液中30分鐘。
8.去離子沖洗5分鐘
9.將部件放在硝酸、HF、水按體積比(1:1: 10)的溶液中
10.擦拭表面2分鐘
6
11.去離子水沖洗5-10分鐘12.在室溫下去離子超聲波持續(xù)1小時(shí)13.使用過濾后的CDA吹干14.在烤箱中在120°C烘烤2小時(shí)在烤箱烘烤之后，使用檢查工具來檢查該生坯的表面顆粒，使用如來自Pentagon Technologies, Hayward 的 Qlll+surface ParticleDetector, CA。顆粒檢查使用的門限設(shè) 定值為3微米，最終的讀數(shù)優(yōu)選地為零，或者三個(gè)顆?；蚋?。那么該生坯就可用作室部 件，并且仍在該等級100清潔室中封裝。
在該燒結(jié)工藝期間，該雙層結(jié)構(gòu)將形成三層結(jié)構(gòu)，包括氧化釔和氧化鋁的 固溶體(solid solution)。這個(gè)固溶體優(yōu)選地是釔鋁石榴石(YAG)形態(tài)，化學(xué)式為Y3Al5O12, 一種石榴石族晶體化合物。YAG形成為中間層將產(chǎn)生由高純度氧化鋁、YAG(鋁和氧化釔固 溶體)和高純度氧化釔層組成的三層結(jié)構(gòu)。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，開始厚度為5mm的氧 化釔和開始厚度為33mm的氧化鋁產(chǎn)生最終厚度大約3mm的氧化釔層、最終厚度大約4mm的 YAG層和最終厚度大約31mm的氧化鋁層。也就是，在煅燒期間，消耗大約2mm的氧化釔和氧 化鋁來形成大約4mm厚的YAG層。
該燒結(jié)工藝的層厚度結(jié)果一個(gè)示范性的表現(xiàn)形式可參見圖2a和2b。圖2a 示出該雙層氧化釔氧化鋁結(jié)構(gòu)，包括氧化釔層21(其中、是5mm)和氧化鋁層22(其中t2 是33mm)。燒結(jié)后形成的三層結(jié)構(gòu)如圖2b所示，包括氧化釔層23和氧化鋁層25。還能看 到形成了 YAG中間層24。在這個(gè)示例中，t3是大約3mm，t4是大約4mm和t5是大約31mm。
該最終結(jié)構(gòu)優(yōu)選地基本上不含孔，不管是否使用HIP步驟。因?yàn)樵撾p層結(jié) 構(gòu)形成為生坯，該燒結(jié)工藝對于所有層都產(chǎn)生基本上不含孔的層，即，該氧化鋁、該YAG和 該氧化釔。任何層的孔隙度優(yōu)選地遠(yuǎn)小于熱噴鍍氧化釔涂層的孔隙度(其可以為大約5% 或更多)。優(yōu)選地，每個(gè)層的孔隙度小于大約3%，更優(yōu)選地小于大約1%。
由于高純度氧化鋁和氧化釔具有類似的熱膨脹系數(shù)以及類似的收縮速率， 所以該燒結(jié)工藝將不會向該結(jié)構(gòu)引入會導(dǎo)致彎曲或其他不希望有的制造缺陷的應(yīng)力。相比 熱噴鍍氧化釔涂層，該共同燒結(jié)的窗可最小化等離子蝕刻制造工藝過程中的污染顆粒，并 且提供良好的機(jī)械屬性，具有較低的孔隙度以及具有提高的耐脫落性。該部件在等離子環(huán) 境中的壽命可超過熱噴鍍氧化釔涂覆的陶瓷部件。該燒結(jié)工藝過程中自然發(fā)生的收縮會降 低燒結(jié)的復(fù)合窗的厚度。
該部件可以是例如，介電窗，室壁，室襯墊，基片支撐件，氣體分配板，等離 子限制環(huán)，噴嘴，等離子聚焦環(huán)，熱邊緣環(huán)或耦合環(huán)，每個(gè)可用在等離子處理設(shè)備中。按照優(yōu) 選實(shí)施例制造的介電窗的一個(gè)示例在圖3中示意性示出。該介電窗包括外部氧化釔層31、 中間YAG層32和氧化鋁層33。以與圖1的窗107相同的方向示出該窗，即就像它在蝕刻室 中通常使用的，氧化釔表面31面向下，朝向該室內(nèi)部。還能看到氣體噴射器34。
按照另一實(shí)施例，包括用來密封等離子噴鍍或熱噴鍍氧化釔涂層孔隙度的 密封劑的部件還提供優(yōu)良的、抑制該氧化釔保護(hù)層脫落的保護(hù)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，將液體密封劑施加到氧化釔涂層的表面用來消除通 過該氧化釔的允許HCl傳輸?shù)穆窂?。那么就防止HCl (氯化鋁和水之間反應(yīng)所形成)通過 這些細(xì)孔穿透該氧化釔層，，而在陽極氧化的基片的情況中達(dá)到該氧化釔/陽極氧化層分
7界面，或在陶瓷基片的情況中到達(dá)該氧化釔/陶瓷分界面。在陽極氧化的鋁基片的情況中， 防止HCl通過陽極氧化層中的微裂縫到達(dá)鋁。W034] —個(gè)示范性的密封劑是 HL 126 (Permabond，Somerset，NJ)。HL 126 密 封劑是低粘度厭氧密封劑，包含四甘醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸2-羥基乙酯、糖精、異 丙基苯過氧化氫和甲基丙烯酸。它能夠穿過非常小的孔并且在真空下固化。未固化粘結(jié)劑 的屬性包括具有25°C下20cP的粘度的液體，可比得上水的粘度。據(jù)報(bào)道該粘結(jié)劑能夠填充 小到5密耳的間隙。
該HL 126 密封劑固化為交聯(lián)、熱固塑料，以及已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其在C12/BC13蝕 刻氣體化學(xué)制劑下具有高等離子抗性，甚至在具有低流量鈍化氣體(如CF4和CHF3)的工藝 制法中。該固化的密封劑優(yōu)選地基本上密封這些細(xì)孔，而延長金屬蝕刻應(yīng)用中等離子噴鍍 涂覆部件的壽命，包括氧化釔噴鍍涂覆部件。
一個(gè)開始于施加氧化釔的將密封劑施加到氧化釔涂層的示范性步驟如下 在該氧化釔涂層之前準(zhǔn)備該基片的形態(tài)和清潔度，并且包括噴砂工藝以粗化該目標(biāo)表面。 該目標(biāo)表面可以是陽極氧化的材料(像鋁)的陽極氧化層，或陶瓷材料的陶瓷表面。然后， 利用等離子或熱噴鍍涂層涂覆該目標(biāo)表面。涂覆之后，清潔并且烘烤該部件。然后，施加該 液體密封劑以密封該氧化釔涂層內(nèi)的孔隙、細(xì)孔、微結(jié)構(gòu)和不完全粘合區(qū)域。利用干凈的尼 龍刷來刷涂該密封劑，所有表面都用這個(gè)刷涂動(dòng)作弄濕。在施加密封劑之后，進(jìn)行最后的精 確濕法清潔。然后，通過加熱到所需要的溫度來準(zhǔn)備烤箱，排出烤箱中的空氣并引入N2凈 化。然后，在烤箱中，在150°C持續(xù)2小時(shí)來固化該基片。
固化之后，以與該第一涂層同樣的方式，應(yīng)用第二密封劑涂層，以及在與該 第一固化循環(huán)相同的條件下執(zhí)行另一固化循環(huán)。最后，最后檢查和最后封裝該部件。在第 二固化循環(huán)之后，該等離子噴鍍涂覆氧化釔優(yōu)選地耐受化學(xué)侵蝕，特別是HCl侵蝕。該涂層 /基片分界面處增強(qiáng)的對HCl侵蝕的免疫優(yōu)選地導(dǎo)致該氧化釔層的脫落減少。使用兩個(gè)液 體密封劑涂層所能夠見到的性能的提升在下面的示例中得到證明示例 2
具有標(biāo)準(zhǔn)氧化釔涂層和不同密封劑經(jīng)歷的氧化鋁窗在室溫下浸沒在 5襯％的HCl溶液中超過3小時(shí)。浸沒之后，通過視覺檢查該窗受到腐蝕的痕跡。第一個(gè)樣 品，沒有密封劑的窗，在HCl溶液浸沒之后檢查示出該氧化釔涂層幾乎完全溶解。第二個(gè)樣 品，具有按照類似于上面所述類型的步驟施加的單層密封劑的窗，顯示出涂層的顏色變成 乳白色，說明水的吸收，但是沒有顯示出脫落跡象。第三個(gè)樣品，其中按照上述步驟施加雙 涂層密封劑，沒有顯示出局部顏色變化也沒有脫落或腐蝕。
優(yōu)選的密封劑在該等離子系統(tǒng)一般使用過程中保持其作為阻擋層的能力， 消除通過該氧化釔、允許腐蝕性制劑傳輸?shù)穆窂?。在等離子處理中通常使用氧等離子以保 持室清潔并提高室性能一致性。暴露于氧等離子會從氧化釔表面去除密封劑。所以，一種 密封表面的耐久性測量是在暴露于氧等離子之后的該密封劑的完整性。一種密封劑完整性 屬性的測量是密封表面的電阻。就其本身來說，優(yōu)選的密封劑是電絕緣的。例如，HL-126的 電阻率報(bào)道為10170hm-m，類似于熔化的石英。通過測量密封氧化釔表面的電阻，可以確定 該密封劑密封屬性的測量值。
為了測試密封劑完整性，將氧化釔涂覆的鋁樣片暴露于氧等離子環(huán)境持續(xù)多個(gè)不同時(shí)間，然后，它們接著進(jìn)行電阻測試，其包括將該氧化釔表面暴露于稀HCl溶液。 該電測試設(shè)備在圖4中示意性示出。包括鋁基41和氧化釔等離子噴鍍涂層42的示范性樣 片保持為該氧化釔涂覆表面43面向上。容器壁44安裝在該上部氧化釔涂覆表面43上，配 置為稀HCl溶液45可容納在該容器壁44內(nèi)。一個(gè)引線46導(dǎo)電連接到該樣片的鋁基41，而 另一引線47浸入導(dǎo)電溶液45。使用歐姆表48測量這兩個(gè)引線之間作為時(shí)間函數(shù)的電阻。
預(yù)期該氧化釔的電阻是暴露于溶液的氧化釔面積的函數(shù)。類似于導(dǎo)線，暴 露于溶液的橫截面積越大，電阻越低。因此，假定測得電阻是與電阻和電阻率相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方 程式函數(shù)R=p L/A,(3)其中R是電阻，P是電阻率，L是長度，A是面積。該電測量裝置布置為測量電阻， 期望其當(dāng)乘以該暴露面積時(shí)(RA)表示該材料屬性的乘積，PL。在這個(gè)電測量裝置的例子 中，該暴露面積是容器壁44內(nèi)液體面積。因此，希望測得電阻和暴露面積的乘積與HCl蝕 刻時(shí)間函數(shù)的曲線表示電阻率和長度比時(shí)間的曲線。
該多個(gè)不同樣片每個(gè)的這種曲線在圖5中示出。該圖表示出共八個(gè)樣片的 測量值，其中一個(gè)曲線與一個(gè)樣片相關(guān)聯(lián)。這八個(gè)測量值中，第二個(gè)51來自沒有密封劑的 樣片，第六個(gè)52來自在該氧化釔表面具有密封劑的樣片。圖5示出的圖例表明每個(gè)樣片在 電測試之前受到的暴露于氧等離子的程度。例如，RA比時(shí)間數(shù)據(jù)通過實(shí)心菱形53標(biāo)識的 樣片在HCl中進(jìn)行電阻測試之前接受了 90分鐘的氧等離子暴露。由實(shí)心三角形、矩形和圓 形(基本上重疊)55標(biāo)識其數(shù)據(jù)的樣片接受10-20小時(shí)氧等離子暴露，以及由十字和X54 標(biāo)識的樣片在HCl中進(jìn)行電阻測試之前接受40小時(shí)的氧等離子暴露。大體上可以看出，在 HCl中進(jìn)行電阻測試之前，暴露于氧等離子越長，產(chǎn)生的樣片RA越低。例如，暴露于等離子 40小時(shí)的樣片將到達(dá)與暴露90分鐘的樣片同樣的RA乘積所需的時(shí)間減少大約1200秒。
從圖5可進(jìn)一步看出未密封樣片51的RA比密封樣片的RA開始時(shí)更低并 且下落更早。暴露于該HCl溶液大約20分鐘(1200秒)，未密封樣片的RA接近零。在全 部電測試持續(xù)期間但是在涂層電阻降低到零之前的整個(gè)過程中，該涂覆樣片的RA保持為 至少是未涂覆樣片RA的10倍。甚至在暴露于氧等離子40小時(shí)之后，密封劑的樣片表現(xiàn)出 的RA大于密封劑的樣片51 (實(shí)心三角形和虛線)的RA的十倍，即使不帶密封劑的樣片沒 有暴露于氧等離子。
不想受到理論限制，該數(shù)據(jù)暗示密封劑深深地穿透該氧化釔涂層內(nèi)的開口 容積。已知在存在稀HCl的情況下會蝕刻該氧化釔。電阻降到零附近表明該氧化釔被完全 蝕刻掉，而留下鋁與該導(dǎo)電HCl溶液直接接觸。從圖5可以看出涂覆和非涂覆樣片的RA關(guān) 于時(shí)間的斜率是類似的。因?yàn)樵趫D4的電路中，該氧化釔涂層提供了大部分電阻，相似的斜 率表明兩個(gè)膜的蝕刻速率相似。隨著該氧化釔厚度降低，RA將正比例地降低，因?yàn)樗A(yù)期 等于P L。假設(shè)蝕刻速率能夠合理地假設(shè)為恒定，這就與顯而易見的測量電阻線性降低是一 致的。
電阻曲線還與該密封劑滲入該氧化釔層的深度一致。所觀察到的、對應(yīng)在 HCl中電阻測試之前暴露于氧等離子更長的樣片的RA的降低暗示繼續(xù)暴露于氧等離子將 持續(xù)從該氧化釔開口區(qū)域去除密封劑。顯然，從該復(fù)合氧化釔表面去除密封劑導(dǎo)致暴露更 多的下層密封劑。越多密封層暴露于氧等離子，就去除越多密封劑，并且該層的電阻率就越
9低。此外，密封樣片的RA曲線的斜率表現(xiàn)出從頭到尾明顯地逐漸變化。如果該密封劑沒有 滲入整個(gè)氧化釔層，那么隨著由于該密封劑的存在而增加的電阻率在整個(gè)氧化釔層被蝕刻 掉之前消除，可以預(yù)見斜率會有突然的改變。所以，RA曲線的形狀暗示該密封劑有效地滲 透整個(gè)氧化釔層到達(dá)該氧化釔/Al分界面。
進(jìn)一步預(yù)期在一般使用下的密封劑壽命將大于圖5中暗示的數(shù)據(jù)，因?yàn)榫?合物沉積使用中一般預(yù)期在內(nèi)部室表面上。由于氧等離子也會與這個(gè)聚合物沉積反應(yīng)，存 在聚合物沉積的預(yù)期效果是減少該密封劑暴露于等離子。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用該密封劑導(dǎo)致極少或者沒有工藝轉(zhuǎn)變，即檢測 不出使用該密封劑的例子與不使用該密封劑的例子的工藝成功指標(biāo)之間的差別。提供多個(gè) 示范性工藝指標(biāo)測試。在一個(gè)這樣的測試中，在其上表面具有氧化物層的半導(dǎo)體晶片在等 離子處理室中蝕刻，用于其中該室中的RF介電窗利用上面所討論類型的密封劑密封的例 子，還用于該窗沒有密封的例子。測量這兩個(gè)例子的電介質(zhì)蝕刻速率。在該工藝在具有未 密封窗的室中進(jìn)行的情況下，得到最終厚度555人的電介質(zhì)剩余，3 ο厚度變化為31.0%， 與之相比，該工藝在具有密封窗的室中進(jìn)行時(shí)，得到最終厚度521人的電介質(zhì)剩余，3 σ厚 度變化為31.8%。在光刻膠蝕刻對比中，該工藝在具有密封窗的室中進(jìn)行時(shí)，灰化后得到最 終厚度2049人的光刻膠剩余，3 ο厚度變化為10.6%，與之相比，在該工藝在具有未密封窗 的室中進(jìn)行的情況下，灰化后得到最終厚度2030人的光刻膠剩余，3 σ厚度變化為10. 9%。 這些結(jié)果暗示可直接歸因于單獨(dú)作為轉(zhuǎn)變原因的該密封劑的工藝轉(zhuǎn)變沒有發(fā)生。
也不認(rèn)為由于存在該密封劑會向該室內(nèi)引入雜質(zhì)。使用電感耦合等離子質(zhì) 量光譜測定法(ICP-MS)執(zhí)行HL-126中雜質(zhì)濃度。HL-126中測得的雜質(zhì)可在下表中找到。表1
元素密封劑(ppm)
鐵(Fe)0. 017
鈣0. 060
銅(Cu)0. 018
鉻(Cr)0. 048
鈷(Co)< 0. 001
鎂(Mg)0. 054
鉬(Mo)< 0. 005
鎳(Ni)0. 007
鉀⑷0. 051
鈉(Na)57. 0
錫(Sn)70. 0
鈦(Ti)80. 0
鋅(Zn)0. 23
預(yù)期這個(gè)雜質(zhì)等級不會導(dǎo)致在晶片或基
基片在包括密封的部件的室中經(jīng)過等離子工藝，暗示可直接歸因于單獨(dú)作為轉(zhuǎn)變原因的該 密封劑的工藝轉(zhuǎn)變不會發(fā)生。
另一工藝成功指標(biāo)是產(chǎn)生顆粒程度的測量值。在等離子室中使用具有密封
10劑的部件導(dǎo)致的顆粒引入通過使用設(shè)計(jì)為對比等離子工藝期間產(chǎn)生的顆粒的工藝制法來 檢測。該顆粒制法包括使用Cl2、HBr和N2組成的工藝氣體，以及卡盤溫度為45°C，應(yīng)用在 裸露的硅晶片上持續(xù)20秒。由于該工藝增加的顆粒通過測量處理前后晶片上的顆粒數(shù)量 來確定，使用Tencor SP-I非圖案化表面顆粒檢測工具(KLA-Tencor，San Jose, CA)，檢測 極限為0. 12 μ m。
在等離子處理中，為該室中的RF介電窗利用上面所討論類型的密封劑密 封的情況進(jìn)行該工藝，還為該窗沒有密封的情況進(jìn)行該工藝。對于標(biāo)準(zhǔn)窗的情況，顆粒增加 數(shù)目測得為35，而對于密封的窗的情況，這個(gè)增加數(shù)目為48。這個(gè)增加量的測量差認(rèn)為是 不顯著的，因此提供了支持兩種情況之間工藝性能相等的證據(jù)。這些結(jié)果暗示可直接歸因 于單獨(dú)作為轉(zhuǎn)變原因的該密封劑的工藝轉(zhuǎn)變沒有發(fā)生。
盡管本發(fā)明參照其具體實(shí)施例描述，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然， 在不背離所附權(quán)利要求的范圍情況下，可進(jìn)行各種不同的改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種密封等離子處理室的氧化釔等離子噴鍍涂覆部件的方法，該方法包括；a)施加室溫粘度小于50cP的液體厭氧密封劑到該部件的全部氧化釔層表面；b)濕法清潔該部件；c)在N2環(huán)境中至少150°C下固化該濕法清潔的部件超過2小時(shí)；以及，d)以及通過重復(fù)a)到c)的步驟將第二液體厭氧密封劑施加于該固化的基片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該密封劑包含四甘醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯 酸2-羥基乙酯、糖精、異丙基苯過氧化氫和甲基丙烯酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)密封的氧化釔等離子噴鍍涂覆層的電阻率大 于每個(gè)未密封層電阻率的十倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該密封劑有效滲透整個(gè)氧化釔層。
5.一種等離子處理方法，包括在等離子處理室中處理半導(dǎo)體基片，該室包括根據(jù)權(quán)利 要求1所述的方法密封的氧化釔等離子噴鍍涂覆部件。
全文摘要
提供密封等離子處理室的氧化釔等離子噴鍍涂覆部件的方法。一種方法包括a)施加室溫粘度小于50cP的液體厭氧密封劑到該部件的全部氧化釔層表面；b)濕法清潔該部件；c)在N2環(huán)境中至少150℃下固化該濕法清潔的部件超過2小時(shí)；以及，d)以及通過重復(fù)a)到c)的步驟將第二液體厭氧密封劑施加于該固化的基片。
文檔編號H01J9/24GK102005352SQ20101052184
公開日2011年4月6日 申請日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月11日
發(fā)明者劉身健, 杜安·奧特卡, 石洪, 約翰·多爾蒂 申請人:朗姆研究公司