一種耐腐蝕的氣體噴淋頭及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐腐蝕的氣體噴淋頭及其制造方法，通過(guò)將傳統(tǒng)的氣體噴淋頭的氣體通孔設(shè)置為直徑不同的兩段，在不影響氣體流速的前提下提高了涂層進(jìn)入氣體通孔的深度，同時(shí)，采用對(duì)分別氣體噴淋頭上下表面涂覆陶瓷涂層，使得氣體通孔的內(nèi)表面可以完全涂覆防腐蝕的陶瓷涂層，保護(hù)氣體通孔的側(cè)壁不受攜能粒子的轟擊，延長(zhǎng)了氣體噴淋頭的使用壽命。
【專利說(shuō)明】一種耐腐蝕的氣體噴淋頭及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體處理部件，特別地，涉及一種耐腐蝕的等離子體處理部件。
【背景技術(shù)】
[0002]在等離子處理腔室中，氣體噴淋頭常被用于注入反應(yīng)氣體至反應(yīng)腔。在特定的等離子處理腔室中，例如電容稱合型等離子體處理腔室(capacitively-coupled plasmachambers),氣體噴淋頭也可執(zhí)行電極的功能,然而,在制程中，前述氣體噴淋頭曝露于等離子體中并被等離子體中的活性成份侵蝕，例如鹵素等離子體CF4、C12等。這種現(xiàn)象對(duì)于易與鹵素氣體反應(yīng)且反應(yīng)物為氣體的硅系材料，或者鋁或鋁合金等金屬材料的氣體噴淋頭來(lái)說(shuō)尤其麻煩。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，為了保護(hù)氣體噴淋頭不被等離子體侵蝕，各種各樣的防侵蝕涂層已經(jīng)被提出并進(jìn)行驗(yàn)證。陶瓷涂層被認(rèn)為是有希望的；然而由于涂層工藝的限制，部件表面無(wú)法全部覆蓋防侵蝕涂層，特別是在氣體噴淋頭的通氣孔內(nèi)表面。氣體噴淋頭上設(shè)置的容許反應(yīng)氣體通過(guò)的通氣孔具有較小的內(nèi)徑，通常小于1_。現(xiàn)有技術(shù)常采用的涂覆陶瓷涂層的方法為等離子噴濺及化學(xué)氣相沉積等方法，此類方法都存在視線效應(yīng)的問(wèn)題，即用于噴涂的陶瓷顆粒無(wú)法到達(dá)視線不能及的地方并對(duì)其進(jìn)行涂覆，在深孔或槽等處，難以制備陶瓷涂層。如圖1所示，由于用于沉積或噴涂的陶瓷顆粒源通常是固定的，距離陶瓷顆粒源越遠(yuǎn)的位置處的通氣孔內(nèi)表面被陶瓷涂層涂覆的面積越小，即便靠近陶瓷顆粒源的通氣孔，也只有靠近陶瓷顆粒源的一端可以被陶瓷涂層涂覆，不能完全涂覆陶瓷涂層。
[0004]沒(méi)有完全完成防侵蝕涂層的通氣孔置于等離子體中時(shí)極易受到腐蝕，使得氣體噴淋頭容易遭到損害，縮短壽命。另外反應(yīng)腔內(nèi)的等離子體噴濺到通氣孔內(nèi)表面未進(jìn)行防侵蝕層涂覆的位置時(shí)還容易產(chǎn)生顆粒物污染，落在基片表面對(duì)反應(yīng)制程造成影響。故需要一種新型的耐腐蝕的氣體噴淋頭。`

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]以下
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了提供本發(fā)明的一些方面和特征的基本理解。
【發(fā)明內(nèi)容】
并不是本發(fā)明的廣泛綜述，因此其并不是為了具體地確定本發(fā)明的關(guān)鍵或主要要素，也并不是為了說(shuō)明本發(fā)明的范圍。其唯一目的是為了以簡(jiǎn)化形式介紹本發(fā)明的一些概念，作為下文中詳細(xì)描述的前序。
[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種耐腐蝕的氣體噴淋頭，包括氣體噴淋頭主板和若干貫穿所述氣體噴淋頭主板的氣體通道，所述氣體通道包括至少第一直徑通道和第二直徑通道，所述第一直徑小于所述第二直徑，所述氣體通道表面涂覆耐腐蝕層，所述耐腐蝕涂層包括微弧氧化層。
[0007]進(jìn)一步的，第一直徑通道的長(zhǎng)度與第一直徑大小的比例等于沉積顆粒源到氣體噴淋頭的垂直距離與該垂點(diǎn)位置到第一直徑通道距離的比值。
[0008]進(jìn)一步的，所述第一直徑通道的長(zhǎng)度與直徑比例和所述第二直徑通道的長(zhǎng)度與直徑比例分別大于5。
[0009]進(jìn)一步的，所述氣體通道包括第一直徑通道和第二直徑通道，所述第一直徑小于所述第二直徑，所述第一直徑通道和第二直徑通道之間通過(guò)一內(nèi)徑尺寸漸變的過(guò)渡通道相連。
[0010]進(jìn)一步的，所述氣體噴淋頭的主體為鋁或鋁合金，所述鋁或鋁合金氣體噴淋頭表面進(jìn)行了微弧氧化，形成的微弧氧化層表面涂覆一層陶瓷涂層。
[0011]進(jìn)一步的，所述氣體通道為圓形氣體通孔，所述第一直徑范圍為0.3mnT0.8mm ;所述第二直徑范圍為lmnT3mm。
[0012]進(jìn)一步的，所述氣體噴淋頭的氣體通孔靠近等離子體的一段內(nèi)徑小于遠(yuǎn)離等離子體的一段，所述兩段氣體通孔之間通過(guò)一漏斗狀的過(guò)渡通道相連。
[0013]進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供一種制作耐腐蝕氣體噴淋頭的方法，所述方法包括下列步驟:
[0014]制作一氣體噴淋頭主板，在所述氣體噴淋頭主板上設(shè)置若干第一直徑的通氣孔；從所述第一直徑的通氣孔一端開始制作大體同軸的第二直徑的通氣孔，所述第二直徑大于所述第一直徑，所述第二直徑的通氣孔長(zhǎng)度小于所述第一直徑的通氣孔長(zhǎng)度；對(duì)所述氣體噴淋頭進(jìn)行微弧氧化后分別在所述氣體噴淋頭的上表面和下表面涂覆陶瓷涂層。
[0015]進(jìn)一步的，所述陶瓷涂層的表面粗糙度為lum〈Ra〈8um，其孔隙度小于1%。
[0016]進(jìn) 一步的，所述涂覆陶瓷涂層的方法為物理氣相沉積法。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明提供一種耐腐蝕的氣體噴淋頭及其制造方法，通過(guò)將傳統(tǒng)的氣體噴淋頭的氣體通孔設(shè)置為直徑不同的至少兩段，在不影響氣體流速的前提下提高了耐腐蝕涂層進(jìn)入氣體通孔的深度，同時(shí)，采用對(duì)分別氣體噴淋頭上下表面涂覆陶瓷涂層，使得氣體通孔的內(nèi)表面可以完全涂覆防腐蝕的陶瓷涂層，保護(hù)氣體通孔的側(cè)壁不受攜能粒子的轟擊，延長(zhǎng)了氣體噴淋頭的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]附圖是為了解釋并圖示本發(fā)明的原則，其組成了說(shuō)明書的一部分，例證了本發(fā)明的具體實(shí)施例以及描述。附圖是為了以圖示的方式說(shuō)明典型具體實(shí)施例的主要特征。附圖并不是為了描述具體實(shí)施例的每個(gè)特征，也并不是按照比例示出了所述元件的相對(duì)尺寸。
[0019]圖1示出本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)的氣體噴淋頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2示出影響陶瓷涂層進(jìn)入氣體通孔的深度的關(guān)系示意圖；
[0021]圖3示出本發(fā)明所述的氣體噴淋頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4示出本發(fā)明所述的氣體噴淋頭上下表面分別進(jìn)行防侵蝕涂層涂覆的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下文將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行描述，提供一種氣體噴淋頭及其制作方法，其能改善氣體噴淋頭的抗腐蝕和顆粒污染性能。
[0024]現(xiàn)有技術(shù)中，為了保護(hù)氣體噴淋頭不被等離子體侵蝕，通常在氣體噴淋頭主體表面涂覆耐等離子體侵蝕的涂層，如陶瓷涂層等。涂覆陶瓷涂層的方法包括物理氣相沉積法、等離子體噴涂等，其中，物理氣相沉積法由于操作簡(jiǎn)單，對(duì)噴涂設(shè)備和環(huán)境要求不高而被普遍采用。在采用物理氣相沉積法對(duì)氣體噴淋頭進(jìn)行耐腐蝕層涂覆時(shí)，在所述氣體噴淋頭待涂覆表面下方設(shè)置一陶瓷沉積源，利用氣體放電使陶瓷沉積源內(nèi)的陶瓷蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場(chǎng)的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在氣體噴淋頭待涂覆表面。
[0025]在對(duì)氣體噴淋頭的待涂覆面進(jìn)行涂覆的同時(shí)，氣體噴淋頭的氣體通孔內(nèi)表面也會(huì)涂覆陶瓷涂層，理想情況下，技術(shù)人員希望所有氣體通孔內(nèi)表面全部涂覆陶瓷涂層，以抵擋進(jìn)入氣體通孔的攜能粒子的侵蝕，然而，由于氣體通孔的直徑較小，而陶瓷沉積源通常位于氣體噴淋頭的中心位置下方，不能隨時(shí)移動(dòng)，根據(jù)視線效應(yīng)，陶瓷沉積源中蒸發(fā)出的物質(zhì)不能在氣體通孔所有內(nèi)表面進(jìn)行沉積，且越靠近氣體噴淋頭邊緣的氣體通孔，內(nèi)表面被涂覆的面積越小。
[0026]根據(jù)氣體分子碰撞理論，氣體分子的平均自由程存在下述公式:
[0027]λ=1/(η*σ)
[0028]n= = p/ K T
[0029]σ = Ji (R1+R2) "2
[0030]其中λ為氣體分子的平均自由程，η為氣體分子密度，σ為碰撞截面，P為氣壓，T為開氏溫標(biāo)，K為波爾茲曼常數(shù)，R1、R2分別為碰撞氣體分子/基團(tuán)/離子的半徑?？梢杂?jì)算在工作條件下，主要對(duì)氣體通孔側(cè)壁造成損傷的氬原子平均自由程為4mm，即4mm孔深內(nèi)均需耐刻蝕防護(hù)。
[0031]通常氣體噴淋頭的厚度即氣體通孔的深度較為固定，約為10mm，考慮到氣體通孔的分布密度和反應(yīng)腔內(nèi)所需氣體流速，面對(duì)等離子體的氣體通孔的內(nèi)徑范圍應(yīng)設(shè)置為
`0.3mnT0.8mmο本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，當(dāng)沉積顆粒源唯一且位于待涂覆氣體噴淋頭表面的正下方時(shí)，根據(jù)沉積顆粒源到氣體噴淋頭的垂直距離和氣體噴淋頭中心位置到最邊緣氣體通孔的距離，可以計(jì)算出涂層進(jìn)入氣體通孔的深度與孔徑的比值。如圖2所示，標(biāo)記涂層進(jìn)入氣體通孔的深度為a’，氣體通孔的直徑為b’ ；標(biāo)記沉積顆粒源到氣體噴淋頭的垂直距離為a，氣體噴淋頭中心位置到最邊緣氣體通孔的距離為b，a’ /b’ =a/b。從而得出最邊緣氣體通孔的涂層涂覆深度。同理可得出其他位置的氣體通孔被涂覆的深度。當(dāng)氣體噴淋頭的所有氣體通孔內(nèi)徑要求一致時(shí)，通常要根據(jù)最靠近邊緣的氣體通孔被涂覆陶瓷涂層的深度進(jìn)行設(shè)置。在另外的實(shí)施例中，也可以根據(jù)不同工藝對(duì)氣流的要求將氣體通孔的內(nèi)徑設(shè)置為不一致。
[0032]為了保證氣體通孔內(nèi)表面都能涂覆防腐蝕的陶瓷涂層，本發(fā)明提供如圖3所述的耐腐蝕氣體噴淋頭結(jié)構(gòu)示意圖，包括氣體噴淋頭主板210，本實(shí)施例中，主板210的材質(zhì)為鋁或鋁合金，主板210上設(shè)置若干個(gè)氣體通孔，每個(gè)氣體通孔包括第一直徑通道230、第二直徑通道220，第一直徑通道230靠近等離子體，第二直徑通道距等離子體較遠(yuǎn)。第一直徑小于第二直徑，為了使得第一直徑通道230和第二直徑通道220的連接更流暢，加工工藝更簡(jiǎn)單，所述氣體通孔還包括連接第一直徑通道和第二直徑通道的過(guò)渡通道240，過(guò)渡通道240的直徑大小逐漸變化。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的描述，受氣體噴淋頭的氣體通孔密度和反應(yīng)氣體流速的限制，面對(duì)等離子的第一直徑通道230直徑較小，導(dǎo)致陶瓷涂層進(jìn)入氣體通孔的深度較小，不能很好的保護(hù)氣體通孔側(cè)壁。本發(fā)明通過(guò)在第一直徑通道230上方設(shè)置一較大直徑的第二直徑通道220，并且在第一直徑通道230和第二直徑通道220連接處設(shè)置一直徑逐漸變化的過(guò)度通道240，在不影響氣體噴淋頭氣體流速的前提下，使得陶瓷涂層進(jìn)入氣體通孔的深度變大，從而可以更好的保護(hù)氣體通孔側(cè)壁。
[0034]第一直徑通道230的高度取決于第一直徑大小和沉積顆粒源到氣體噴淋頭的垂直距離與氣體噴淋頭中心位置到氣體通孔的距離的比值大小。在氣體噴淋頭厚度一定的前提下，第二直徑通道220的高度取決于第一直徑通道230的高度和過(guò)渡通道240的高度(可以為零)。
[0035]本發(fā)明提供一具體實(shí)施例，在本實(shí)施例中，氣體噴淋頭的厚度為10mm，沉積顆粒源到氣體噴淋頭的垂直距離a為750mm，氣體噴淋頭中心位置到最邊緣氣體通孔的距離b為150mm，故陶瓷涂層進(jìn)入氣體通孔的深度與孔徑的比值為5，本實(shí)施例要求設(shè)置的氣體通孔內(nèi)徑一致為0.5_，可以得出陶瓷涂層進(jìn)入氣體通孔的深度為2.5_。已知主要對(duì)氣體通孔側(cè)壁造成損傷的IS原子平均自由程為4mm, 2.5mm < 4mm。在本實(shí)施例中，為了保證氣體通孔的內(nèi)表面完全涂覆陶瓷涂層，將第一直徑通道230的高度設(shè)置為2.5_，第二直徑通道220直徑設(shè)置為1.5_，第二直徑通道220的高度設(shè)置為6.5mm,同時(shí)設(shè)置一段高度為1_的過(guò)渡通道240。過(guò)渡通道240的直徑由第二直徑通道220到第一直徑通道230逐漸減小，形狀可以為喇叭狀、漏斗狀或碗狀等。
[0036]本發(fā)明通過(guò)設(shè)置兩段直徑不同的氣體通孔，在不影響氣體流速的前提下擴(kuò)大了氣體通孔的內(nèi)徑，提高了防腐蝕涂層進(jìn)入氣體通孔的深度。同時(shí)，由于攜能粒子在真空中飛行，會(huì)與其他粒子如氣體分子，離子等發(fā)生碰撞，從而將動(dòng)能轉(zhuǎn)移給其他粒子，攜能粒子在等離子體表面的鞘層獲得的能量，隨著進(jìn)入氣體通孔后不斷發(fā)生碰撞而損失，飛行距離越遠(yuǎn)，碰撞次數(shù)越多，損失的能量越多，碰撞氣體通孔側(cè)壁時(shí)造成的轟擊損傷越小，擴(kuò)大氣體通孔的內(nèi)徑，減小了攜能粒子對(duì)氣體孔壁的損傷，更好的保護(hù)了氣體噴淋頭。設(shè)置一段過(guò)渡通道240，即時(shí)攜能粒子與氣體通孔側(cè)壁發(fā)生碰撞，產(chǎn)生顆粒污染物，產(chǎn)生的顆粒污染物也會(huì)落在過(guò)渡通道240的側(cè)壁上，減少顆粒污染物對(duì)反應(yīng)制程的影響。
[0037]為了使本發(fā)明所述的氣體噴淋頭耐腐蝕效果更好，可以對(duì)氣體噴淋頭進(jìn)行微弧氧化處理，在鋁或鋁合金的主板210外表面及氣體通孔的內(nèi)表面形成微弧氧化膜，在微弧氧化膜外涂覆陶瓷涂層。形成的微弧氧化涂層氧化深度可達(dá)200um-300um，為剛玉結(jié)構(gòu)，致密度可達(dá)98%，具有良好的結(jié)構(gòu)和組織穩(wěn)定性。從而增加氣體噴淋頭的耐腐蝕性能。
[0038]本發(fā)明還提供一種制作耐腐蝕氣體噴淋頭的方法，首先，制作一氣體噴淋頭主板，在所述氣體噴淋頭主板上設(shè)置若干第一直徑通氣孔230 ;所述第一直徑通氣孔230直徑可以相同，也可以根據(jù)不同的工藝要求設(shè)置為不同，本實(shí)施例設(shè)置為相同。在第一直徑通氣孔230遠(yuǎn)離等離子體的一端開始制作第二直徑通氣孔220，第二直徑通氣孔220和第一直徑通氣孔230大體同軸，所述第二直徑大于所述第一直徑，第二直徑通氣孔220長(zhǎng)度小于第一直徑通氣孔230長(zhǎng)度；
[0039]對(duì)所述氣體噴淋頭進(jìn)行微弧氧化處理，然后分別在所述氣體噴淋頭的上表面和下表面涂覆陶瓷涂層。所述陶瓷涂層的表面粗糙度為lum〈Ra〈8um，其孔隙度小于1%。采用設(shè)置兩段氣體通孔和雙面沉積陶瓷涂層的方法，使得氣體通孔內(nèi)表面完全涂覆陶瓷涂層，很好的保護(hù)了氣體通孔側(cè)壁不受攜能粒子的轟擊，從而延長(zhǎng)了氣體噴淋頭的使用壽命。[0040]需要說(shuō)明的是，本文中提及的制程和技術(shù)并不是固有地與任何特定地裝置有關(guān)，其可以用任何合適的部件組合而得到。進(jìn)一步地，根據(jù)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(fā)明根據(jù)特定例子進(jìn)行了描述，其只是為了從各方面說(shuō)明本發(fā)明而并不是限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，許多不同的組合適合于實(shí)施本發(fā)明。
[0041]并且，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)本專利所公開的說(shuō)明書和操作，實(shí)施本發(fā)明的其它的實(shí)施方式將是顯而易見的。上文中具體實(shí)施例的不同方面和/或部件可以單一或者組合地應(yīng)用。需要說(shuō)明的是，上文所述具體實(shí)施例和方式都應(yīng)僅考慮為例證性的，本發(fā)明的真正范圍和精神都應(yīng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種耐腐蝕的氣體噴淋頭，包括氣體噴淋頭主板和若干貫穿所述氣體噴淋頭主板的氣體通道，其特征在于:所述氣體通道包括至少第一直徑通道和第二直徑通道，所述第一直徑小于所述第二直徑，所述氣體通道表面涂覆耐腐蝕層，所述耐腐蝕涂層包括微弧氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴淋頭，其特征在于:第一直徑通道的長(zhǎng)度與第一直徑大小的比例等于沉積顆粒源到氣體噴淋頭的垂直距離與該垂點(diǎn)位置到第一直徑通道距離的比值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴淋頭，其特征在于:第一直徑通道的長(zhǎng)度與直徑比例和所述第二直徑通道的長(zhǎng)度與直徑比例分別大于5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴淋頭，其特征在于:所述氣體通道包括第一直徑通道和第二直徑通道，所述第一直徑小于所述第二直徑，所述第一直徑通道和第二直徑通道之間通過(guò)一內(nèi)徑尺寸漸變的過(guò)渡通道相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴淋頭，其特征在于:所述氣體噴淋頭的主體為鋁或鋁合金，所述鋁或鋁合金氣體噴淋頭表面進(jìn)行了微弧氧化，形成的微弧氧化層表面涂覆一層陶瓷涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體噴淋頭，其特征在于，所述氣體通道為圓形氣體通孔，所述第一直徑范圍為0.3mnT0.8mm ;所述第二直徑范圍為lmnT3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體噴淋頭，其特征在于:所述氣體噴淋頭的氣體通孔靠近等離子體的一段內(nèi)徑小于遠(yuǎn)離等離子體的一段，所述兩段氣體通孔之間通過(guò)一漏斗狀的過(guò)渡通道相連。
8.一種制作耐腐蝕氣體噴淋頭的方法，其特征在于:所述方法包括下列步驟: 制作一氣體噴淋頭主板，在所述氣體噴淋頭主板上設(shè)置若干第一直徑的通氣孔；從所述第一直徑的通氣孔一端開始制作大體同軸的第二直徑的通氣孔，所述第二直徑大于所述第一直徑，所述第二直徑的通氣孔長(zhǎng)度小于所述第一直徑的通氣孔長(zhǎng)度； 對(duì)所述氣體噴淋頭進(jìn)行微弧氧化處理，然后分別在所述氣體噴淋頭的上表面和下表面涂覆陶瓷涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述陶瓷涂層的表面粗糙度為lum〈Ra〈8um,其孔隙度小于1%。
10.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于:所述涂覆陶瓷涂層的方法為物理氣相沉積法。
【文檔編號(hào)】C23C28/00GK103866291SQ201210553227
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】張力, 賀小明, 浦遠(yuǎn), 倪圖強(qiáng) 申請(qǐng)人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司